摘要:本文研究了传递误差的基本概念、力学模型、影响因素及与齿轮噪声的关系,通过仿真计算得到某变速器齿轮传动系统的传递误差,并利用试验台架进行了现场测试。结果表明,各挡位工况下传递误差的仿真计算和实测值的变化趋势基本一致,验证了利用仿真分析方法对齿轮系传递误差进行研究的可靠性,是齿轮噪声降低的一种新思路。
0 引言
齿轮传递误差对齿轮传动系统的动态性能具有重要的影响,是齿轮系统振动噪声的激励源。因此,传递误差的降低对齿轮系振动和噪声的控制起着至关重要的作用。轮齿的弹性变形和齿轮制造误差是导致静态传递误差的主要原因。其中,由轮齿弹性变形引起的传递误差仅与齿轮设计参数相关,被称为设计传递误差;而因齿轮制造而产生的传递误差则称为制造传递误差。内部激励是齿轮啮合动态激励的主要形式,包含刚度激励、误差激励、啮合冲击激励和齿面摩擦激励。通过研究齿轮啮合时静态传动误差对动态激励的影响,是进一步研究齿轮啮合的刚度和误差激励的前提。
国内外对传递误差与齿轮噪声的关系有大量研究。Henriksson研究了动态传递误差和卡车两级齿轮传动变速器噪声之间测试结果的关系,发现动态传递误差越大,变速器噪声越高,两者呈正相关。测试结果是在恒定转速和不同扭矩条件下测得的,他得出结论,试验测得的动态传递误差和变速器噪声随着扭矩的增加而增加,而通过计算得到的静态传递误差随着扭矩增加而减小。
Velex和Ajmi对齿轮系统的激励进行了研究和分析。他们认为齿轮系统主要激励源是载荷和空载条件下的静态传递误差之间的关系,不是尽量减小载荷作用下的静态传递误差,而是需要使载荷和空载条件下的传递误差尽可能相同。通过优化齿轮的宏观结构参数和微观几何尺寸可降低静态传递误差,从而设计出低噪声齿轮副。
俄亥俄州国立大学的Houser等人开发了LDP软件用于预测动态和静态传递误差。在考虑制造公差内齿轮微观几何尺寸变化的同时,一定扭矩范围内对齿轮参数进行调整可以降低传递误差。因为制造尺寸与设计尺寸有差别,要用实际几何尺寸计算测量新齿轮副的传递误差。
Akerblom详细说明了一个装备标准齿轮用于测量变速器振动噪声的试验台,使用光学编码器和Rotec测试系统来测量传递误差,研究了传递误差测试和预测结果以及变速器噪声与传递误差之间的相关性,并通过优化齿轮副降低变速器噪声。
通过优化齿轮的几何参数可以使轮齿啮合频率一次谐波上的传递误差减小50%,同时第二、三次谐波频率上的传递误差也会减小。齿轮副的实际工作载荷通常在100~500 N·m,根据Welbourn的定义,齿轮传递误差减少50%,变速器噪声可以减少6 dB。