Romax培训——齿轮的修形

第 57 卷 第 5 期 Vol. 57 No. 5
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2019 年 5 月 May 2019
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.05.025
基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
谢坤琪，张开元，刘欣荣
（200082 上海市 上海理工大学 机械工程学院）
[ 摘要 ] 目前减速器大多存在齿轮磨损、振动冲击、噪音大等问题，齿轮修形被认为是可以解决此类问题
的有效技术。针对上述问题，利用 RomaxDesign 软件，以齿轮修形理论为基础，对修形前后的齿轮进行
传递误差分析、齿轮接触分析、齿根应力分析并进行了优化。结果显示，优化后齿轮传动时会更加平稳，
图 1 齿轮箱局部示意图 Fig.1 Part schematic of gearbox
0 引言
减速器是车辆动力传递的核心部件，影响着 汽车动力传递的效率以及动力传递的平稳性。齿 轮作为减速器的关键部件，其质量以及传递效率 直接作用于减速器，若加工质量或装配公差不达 标，则会在工作中产生啮合冲击、齿轮偏载现象， 引起剧烈振动和噪音，影响承载性能。目前，齿 轮修形 [1] 作为改善齿轮性能的一种方法已经得到 国内外一致认同，合理地修形可以提高齿轮的传 递性能，延长齿轮的使用寿命 [2]。
收稿日期 : 2018-04-17 修回日期 : 2018-05-03
三要素包括：最大修形量、修形曲线、修形长度，
且需要考虑主从动轮彼此之间的分配关系。齿廓
修形最关键的部分就是修形量的选取 [4]。本文采
用齿轮手册 [5] 所推荐的公式

用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。

由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。

2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。

具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。

图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。

图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。

设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。

增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。

设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。

然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。

增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。

设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。

轮拖变速箱齿轮修形设计、仿真与试验杨建军;刘威;龚飞;郭浩杰【摘要】Taking wheel gearbox transmission system as the research object,the deformation of transmission shaft and the dislocation of gear based on ROMAX software are analyzed,conducting micro modification design of gear pair and the distribution characteristics of load per unit length of modifwation gear and unmodified gear are compared.The distribution regularity of contact stress and bending stress of gear pairs under different installation errors are analyzed in the environment of Ansys.In order to verify the correctness of modification amount of gear design,the vibration test of the modification gear and unmodified gear was carried out in the wheel gearbox test bench,the spectrum analysis of vibration test data was carried out by using MATLAB program.The result shows that the reasonable modifwation amount can significantly decrease the vibration of the gear pair.%以轮拖变速箱齿轮传动系统为研究对象,以ROMAX软件为平台,仿真分析了不同工况下传动轴的变形量和齿轮的位错量,对齿轮副进行几何微观修形设计,对比分析修形齿轮与未修形轮齿的单位长度载荷分布特点.在有限元环境下,分析了不同安装误差下修形齿轮副的接触应力和弯曲应力的分布规律.为了验证齿轮设计修形量的正确性,在轮拖变速箱试验台架上,对未修形齿轮与修形齿轮进行了振动测试,利用MATLAB程序对振动试验数据进行了频谱分析,其结果表明合理的修形量能明显降低齿轮副的振动.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)012【总页数】4页(P77-79,84)【关键词】轮拖变速箱;齿轮修形;安装误差;频谱分析;振动【作者】杨建军;刘威;龚飞;郭浩杰【作者单位】河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003;河南科技大学机电工程学院,河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH132变速箱齿轮传动系统是拖拉机产品设计中重要的环节。

基于Romax的电动汽车齿轮箱优化设计利用Romax软件对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析，研究了齿轮修形对传动误差和齿面接触斑的影响，合理的修形参数可改善齿轮啮合质量，使齿轮系统运行更平稳，减小系统运行噪音。

标签：电动汽车；齿轮箱；传动误差；Romax；修形随着新能源汽车产业的迅速发展，电动汽车齿轮箱的NVH性能愈加受到关注。

传动误差是齿轮传动噪音的主要激励源，也是振动和噪声的主要评价指标。

本文利用Romax对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析，优化齿廓、齿向修形参数，以减小传动误差的波动，优化接触斑分布，从而提高齿轮强度，改善齿轮啮合质量，降低传动系统噪音。

1 传动系统模型的建立高速电机因其功率密度大已成为各车企主流应用产品，本车型也选用了一款高速电机，最高转速14000rpm，电机直驱无法满足整车动力，需要匹配合适的减速器以满足整车需求。

针对整车实际情况，设计开发了一款单级齿轮箱，传动系统齿轮副基本参数如下：m=2，主动齿轮齿数23，从动轮齿数95，螺旋角10°。

齿轮选用低碳钢材料，轮齿经渗碳淬火后磨齿加工，精度等级6级。

在Romax软件中根据齿轮参数对对应的轴进行建模，并以额定工况载荷，建立Romax模型。

2 修形前模型的分析建立模型后，利用Romax软件针对额定工况进行分析，即输入转速4775rpm、扭矩90N.m的工况下对齿轮箱传递系统进行传动误差分析。

修形前齿轮副传动误差曲线如图1所示，修形前齿轮单位啮合长度的载荷分布如图2所示。

结果表明啮合齿轮副未修形时，传动误差整体波动量较小但变动剧烈存在突变点，说明存在剧烈啮入啮出冲击；同时齿面偏载严重，影响齿轮的使用寿命。

3 齿轮修形量的确定为了改善齿轮啮合性能，弥补齿轮变形、制造误差和齿轮的啮合错位对传递误差的影响，改善齿轮齿面在齿宽方向的受载不平衡及齿面的润滑状态，需对高速齿轮进行齿廓、齿向修形。

齿廓修形有齿顶修形和齿根修形两种方式，齿根修形易导致齿轮强度削弱，因而本设计选用齿顶修形；同时为提高加工效率仅对主动齿轮进行齿向修形，从动大齿轮齿向不修形。

用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。

由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。

2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。

具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add Newassemble/component），弹出图2所示对话框。

图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。

图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。

设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。

增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。

设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。

然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。

增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。

设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。

万方数据
学校代号：10731 学 号：122080201078 密 级：公开
兰州理工大学硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分析及 优化
学位申请人姓名： 导师姓名及职称： 培 养 单 位： 专 业 名 称： 论文提交日期 ： 论文答辩日期 ： 答辩委员会主席：
王彬 郭润兰 教授 黄华 副教授 机电工程学院 机械制造及其自动化 2015 年 4 月 15 日 2015 年 6 月 9 日 余生福 正高级工程师
万方数据
Dynamic Analysis and Optimization of the Gearbox Based on ROMAX by WANG Bin
B.E. (Lanzhou University of Technology) 2011
A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in
学校代号 10731 分 类 号 TH131
学 号 122080201078
密级
公开
硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分 析及优化设计
学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方向 论文提交日期
王彬 机电工程学院 郭润兰 教授 黄华 副教授 机械制造及其自动 先进制造技术 2015 年 4 月 15 日
Mechanical Manufacture and Automation in the
School of Mechanical and Electronical Engineering of
Lanzhou University of Technology

基于Romax的新能源汽车减速器齿轮修形研究
张芳萍;张帆;高毅;贾怀博
【期刊名称】《计算机仿真》
【年(卷),期】2024(41)4
【摘要】以某增程式新能源汽车减速器系统为研究对象,Romax为研究平台。

结合齿轮的微观修形理论,以传递误差、面载、齿根应力和接触应力作为优化目标,结合第二代遗传算法提出了一种以齿向鼓形量、齿向斜度、渐开线鼓形量、渐开线斜度综合修形的全新修形方法。

通过对优化前后各目标参数的分析对比,得出修形后减小了传递误差、齿根应力等、改善了面载、应力偏载等问题,同时齿轮的传动性能得到了明显提升,其研究方法可更好地指导企业生产实践。

【总页数】5页(P151-155)
【作者】张芳萍;张帆;高毅;贾怀博
【作者单位】太原科技大学重型机械教育部工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】TH132.417
【相关文献】
1.基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
2.基于对角修形的新能源汽车二级减速器齿轮降噪研究
3.基于romax修形斜齿轮动力学特性研究
4.基于Romax的功率分流齿轮箱齿轮修形仿真分析
5.基于Romax的圆柱齿轮微观修形分析研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

用r o m a x软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。

由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。

2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。

具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。

图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。

图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。

设置轴各段的长度、截面直径、圆图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。

增加轴承按选择轴承界图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。

设定轴承在轴上位图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。

然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。

增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。

设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。

第一章用ROM对平行轴传送系统的建模与分析Page:1-1第一章用ROM对平行轴传送系统的建模与分析概述1．1对汽车的减速箱建模1．2对汽车减速箱的分析与优化1．3对超越传送的建模与分析1．4对串联传送的建模与分析1．5对轴及轴承安放的分析1．6对斜齿轮对的详细分析1．7设计与优化一对斜齿轮平行轴传送系统的进一步设计Page:1-2Page:1-3概述：用“Romax”对平行轴传送系统的建模与分析目标:本章的主要目标是通过学习掌握平行轴建模的知识第一章的内容可用下面的图示概述出来:齿轮箱建模加载荷静态分析静态设计优（基础）（基础）学习内容：在本章完后，学习者应具备应用Romax来做以下任务的能力学习目的创建一个轴给轴分区把轴承加到轴上去创建概念齿轮系把齿轮安放到轴上定义怎样安装齿轮把轴、轴承、齿轮、移进齿轮箱定义轴的位置施加载荷定义工况运行轴的静态分析查看轴的静态分析结果Page:1-4查看轴承分析结果替换超载的轴承运行齿轮箱的工况分析检查工况分析的结果修改轴来减少轴承间隙用油盘轴承来连接同心轴建一个含三个齿轮的概念齿轮系创建一个离合器踏板连接离合器到一个轴上运行同心轴承的静态分析分析油盘轴承的后？串联传送系统定义第4个工况分析一个2轴承的油盘轴承系统分析一个多轴承的油盘轴承系统分析一个4轴承的轴把概念齿轮转换为详细齿轮额定功率定义主齿轮的传动比参数运行一个齿轮的传动额定值计算运行齿轮工况分析在齿轮额定功率计算中引入间隙引入前导修正来缓解间隙用1SO6336标准来查看齿轮定值计算结果保留标准齿条优化齿轮微型几何尺寸扩大轮齿优化齿轮的微型几何尺寸Page:1-51．章节1包含七个教程涵盖了平行轴的建模与分析，更多专业和复杂的内含请看页2．毎个教程的开始部分都是其目的描述，有对各单个教程的列表，在教程的关键部分会有幻灯片做的内容来介绍，在单个教程中会告诉你具体步骤来完成教程的任务，在最后结构会给一些建议来指导你下一步干什么3．对每个具体的任务都会给出对应的输入数据，如果你对“Romax”软件有足够的信心就只用提供的输入数据，如果你想提升？？是有困难就从具体的说明中来完成，在每个任务后面都有对重要的学习的回顾。

由于轮齿啮出冲击小于啮入冲击，常常又使啮入的修形长度大于啮出 的修形长度。
ko
渐开线齿廓的长修形和短修形
ko
1.2.2最大修形量
根据Walker的理论，因为单齿啮合区内B点和D点的载荷最大，其相 应的变形也最大，造成啮合的始末点E和A处产生干涉现象。
这样，主动齿轮齿顶部的最大修整量 δA=δB1+δB2 同理，从动齿轮齿顶部的最大修整量 δE=δD1+δD2 上2式中：δD1、δD2—小、大齿轮在单齿啮合上界点D点的变形量；
渐开线齿轮的修形
理
基于以下原因，渐开线齿轮在实际运行中达不到理想渐开线齿轮那样 的平稳，而产生啮合冲击，产生动载荷，并影响承载能力。 •制造误差； •受力元件（齿轮、箱体、轴、轴承等）的变形； •运转产生的温度变形； •轮齿啮合过程中的载荷突变。 以上因素均会引起齿轮的齿距改变（偏离理想齿距值）。当主动轮的 齿距小于从动轮的齿距时，就会产生啮入干涉冲击；当主动轮的齿距 大于从动轮的齿距时，就会产生啮出干涉冲击（图1）。
端面重合度 εα = AE / pb
式中： pb — 基圆齿距。 当1＜εα＜2时，存在双齿啮合区。在距啮合的起始点A一个基圆齿距的D点，
大轮第二个齿开始进入啮合，DE段为双齿啮合区，该D点称为小齿轮单齿啮合的 上（外）界点。当力作用在D点时齿根应力最大，D点是计算齿根弯曲应力起决 定作用的力的作用点。
齿廓修整是设想将相啮合齿上发生干涉的齿面部分适当削 去一些，即靠近齿顶的一部分进行修整。修整后，使载荷呈 EBDA的规律分布，使进入啮合的E点载荷为零，然后逐渐增 加到B点达到100%，从D点开始逐渐降低到推退出啮合的A点 载荷又降到零。
ko
对于斜齿轮，一个齿从一端面的齿顶(根）进入啮合，而由另 一端面的1齿根（顶）退出啮合，故修整应在轮齿的两端进行。 斜齿轮因为有轴相重合度，在任意横截面内轮齿的啮合过程有4 次载荷突变，其载荷突变量比直齿轮低，变形比直齿轮小，因此 斜齿轮的冲击、振动、噪声都比直齿轮小。

α‘t—啮合角； αFen—载荷作用角； r1，r2—小、大齿轮的节圆半径 ； ra1，ra2—小、大齿轮的齿顶圆半径 ； rb1，rb2—小、大齿轮的基圆半径 ； pbt—基齿距；P—节点； B—小齿轮单对齿啮合区下界点； D—小齿轮单对齿啮合区上界点。
图4 齿轮的单、双齿啮合区
同样，在距啮合的终止点E往前一个基圆齿距的B点，小轮前一个齿 开始退出啮合，AB段为双齿啮合区，BD段为单齿啮合区，该B点称为小 齿轮单齿啮合的下（内）界点。因为小齿轮的点蚀大多发生在齿根处 （即AC之间），在齿面接触强度计算时，以B点的赫兹压应力作为起决 定作用的力的判据点。
Δpbt=pbtΔθα’ 式中： pbt—基齿距
Δθ—大小齿轮的温差 α’—热膨胀系数。 为补偿这种变形，采用的办法是改变不修整的理论渐开线一段的公 差带的斜度，即对小齿轮的基齿距进行修整。
对减速传动，主动小齿轮因温度高，压力角已稍小，基齿距已稍 大，在达到一定程度时，具有减小啮合冲击的效果。当温差较大时， 对，主动小齿轮的齿根C处，采用偏向体内的公差带，以减小增大过 多的齿距。
螺旋线弹性变形的计算的假设条件为：载荷沿齿宽均匀分布，按 材料力学方法计算弯曲变形和扭转变形，忽略剪切变形。
一般工业齿轮的简化计算可参阅齿轮手册和ISO6336求KHβ的 C法，详细分析计算方法可参见ISO6336——1：1996的附录E。
齿顶修整段 lab=LAB(2u-LAB)/db 齿根修整段 lac=LAC(2u-LAC)/db 渐开线全长 l =L(2u-L)/ db 式中：u=(ra2-rb2)0.5
1.2.5高速齿轮齿廓修整的特点，齿高不修整部分的公差
对高速齿轮来说，由于小齿轮的平均温度通常要比嗒大齿轮要高 10～15°（速比较小时为5～8°），造成小齿轮的基齿距大于大齿轮 的基齿距。

基于ROMAX的变速器齿轮微观几何优化设计邓庆斌;王晓娟;孟德伟【摘要】本文以某MT为研究对象,利用RomaxDesigner软件对变速器齿轮的微观几何参数进行优化设计,通过对比修形前后的传递误差、齿面载荷分布情况、齿根弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度说明微观几何参数对变速器寿命和总成NVH 的影响.研究结果表明齿面载荷分布情况、齿根和齿面的疲劳强度对变速器总成寿命均有显著的影响,齿轮传动误差对于改善整车NVH性能也具有重要参考意义,通过合理的微观几何修形可以达到增加齿轮寿命、提高总成NVH性能的目的.【期刊名称】《传动技术》【年(卷),期】2014(028)004【总页数】5页(P37-41)【关键词】变速器;齿轮;微观几何;优化【作者】邓庆斌;王晓娟;孟德伟【作者单位】华晨汽车工程研究院传动处,沈阳110141;华晨汽车工程研究院传动处,沈阳110141;华晨汽车工程研究院传动处,沈阳110141【正文语种】中文【中图分类】U463.212+.410 前言随着整车降噪水平和可靠性的显著提高，齿轮的噪音和变速器总成的可靠性被越来越多的关注。

变速器噪音主要表现为敲齿（Rattle）和啸叫（Whine），敲齿产生的机理是发动机输出功率的不平稳，振动源产生扭振激励，然后通过离合器传递到变速箱，变速箱内部有很多齿轮副，包括档位承载齿轮和非承载齿轮，而齿轮本身啮合需要一定的侧隙以免出现啮合咬死的情况，所以发动机的扭振就表现为齿轮运转的敲击声音。

这种情况下通常所采用的手段包括优化发动机本体、采用双质量飞轮、预减振离合器、优化齿轮侧隙、更改悬置等。

敲齿工况下变速器本体的优化空间通常很有限，往往需要平衡各因素给出合理解决方案。

而啸叫主要是由于齿轮的传动误差造成的，原因有两方面，一是齿轮本身的加工精度等因素影响的，另一方面由齿轮啮合错位量造成的。

啮合错位量是由壳体、轴承的变形导致的。

啸叫的解决方案主要是通过齿轮微观几何修形改善齿轮传递误差、同时可改善齿面载荷分布情况、齿面和齿根接触疲劳强度以提高齿轮接触和弯曲疲劳寿命。

基于Romax的高速动车牵引齿轮综合修形设计汤兆平; 熊小颖; 曹艺藤【期刊名称】《《科学技术与工程》》【年(卷),期】2019(019)031【总页数】6页(P145-150)【关键词】动车牵引齿轮; 传动误差; 接触斑点; 综合修形; Romax designer【作者】汤兆平; 熊小颖; 曹艺藤【作者单位】华东交通大学信息工程学院南昌330013; 武汉开目信息技术股份有限公司武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TH132.424牵引齿轮传动系统是高速动车组走行部动力源的核心，位于旅客车厢的正下方，其轮齿因啮合冲击产生的振动噪声不仅降低齿轮传动系统性能，也会影响旅客的舒适性，甚至危及列车运行安全[1]。

研究齿轮啮合过程中的动力学特性，设计科学合理的齿轮修形方案是提高牵引齿轮传动性能及减振降噪的关键[2]。

国内外学者通过有限元技术对齿轮传动系统进行动力学特性分析，研究设计多种齿轮修形方案，并在降低齿轮啮合冲击、振动和噪声方面取得良好效果。

贾海涛等[3]基于斜齿轮对角修形原理，利用ANSOL软件对修形齿轮副的传动误差特性进行仿真分析，并验证斜齿轮对角修形的有效性。

朱新龙等[4]利用专业齿轮分析软件Romax designer对NGW31齿轮箱进行模态分析，并指出在设计齿轮箱时可通过避开共振频率区域达到减振降噪的效果。

Ni等[5]对斜齿轮副抛物线修改模型进行LTCA分析，验证斜齿轮传动副修正前后传递误差峰值和峰值齿根应力的大小变化。

汤兆平等[6]基于齿轮修形原理，以SS8—Ⅱ型准高速客运电力机车齿轮传动系统为研究对象，进行了齿廓修形和齿向修形设计并通过噪声检测研究修形效果。

柯恒一等[7]以单级直齿轮传动系统为例，利用动力学方程数值解析方法求解直齿轮传动系统的动态传动误差，研究齿廓修形对齿轮传动系统动态性能的影响。

文献[8,9]采用三维接触有限元方法，研究了齿向修形对提高齿轮承载能力和改善齿面接触的影响。

NO.6841 2 3 4 5 6 7齿轮修形可以极大地提高传动精度，并增加齿轮强度。

广义上的齿轮修形有许多类别（齿端修形、齿顶修形、齿根修形、变位、修改压力角），本文将分享答主在精密传动设计中，关于齿轮修形的心得。

（以下将『输出扭矩波动率小』作为『传动精度高』的唯一指标）1. 齿『端』修形（齿向修形）齿『端』修形是最常见（最容易加工）的修形方式，通常是为了帮助装配，和机械设计中多数倒角的作用是一样的，但其实对传动精度和齿轮强度都有影响。

2. 齿『顶』修形（齿顶高系数）齿『顶』修形是所有修形方式中，对传动精度影响（提高）最大的。

我们希望齿轮啮合线是这的形状：红色是啮合线（理想的）但其实是这样的：红色是啮合线（实际的），啮合线只有一部分是“正确”的因为标准齿形中，齿顶被“削”去了一部分，所以渐开线是不完整的，导致主齿轮的齿顶和副齿轮的齿面（从截面上看）是先由点-线接触，再过渡到线-线接触：上图的放大版如果齿顶少“削”一点（齿顶高系数从1 提高至1.3，相应地，齿根高系数从1.25 提高至1.4），渐开线会变得更完整，啮合线也变得从1.25 提高至1.4、），渐开线会变得更完整，啮合线也变得更接近理想的形状：啮合线“正确部分”变长了、“不正确部分”变短了但并不是“削”得越少，传动精度越高，因为齿顶的材料厚度小、应变大，因此在啮合的过程中，渐开线越靠近齿根的部分，啮合精度越高；渐开线越靠近齿顶的部分，啮合精度越低。

不同场景中（主要影响因素是额定扭矩、齿轮模数、齿数、压力齿轮副参数：基于ISO 53:1998轮廓A 齿形、1 模24 齿、20 度压力角、厚度7 mm、10 Nm 输入扭矩、4775 RPM 输入转速、5 kW 输入功率、齿根高系数1.4、无变位、无其他修形、中心矩公差为0、齿厚公差/背隙/齿距误差为0、无摩擦。

此时扭矩波动仅受材料模量和齿形影响。

若齿顶高系数为1，输出扭矩曲线：若齿顶高系数为1.2：旋转角度（齿轮A）[°]扭矩波动范围为（+0.02，-0.12），波峰在C 点左侧、波谷在C 点右侧若齿顶高系数为1.4：旋转角度（齿轮A）[°]输出扭矩波动范围为（+0.01，-0.1），波谷在C 点左侧、波峰在C 点右侧这个例子是（容许范围内）齿顶高系数越大、传动精度越高。

4.1 RomaxDesigner Conventions Guide Page: 4-13© Romax Technology Limited 1993-2003RomaxDesigner Training - Questions and Answers Written and developed for RomaxDesigner Release 12Issue: 1.0Date: 14/07/03Q3.2 Micro-Geometry ModificationsDisplay of ModificationsThe modifications to the gear flanks (i.e. tip and root relief) are relative to the local Z-axis of the gear.In the 2D displays in RomaxDesigner , modification is shown relative to the gear local Z-axis, but in the 3D displays in RomaxDesigner , modification is shown relative to the shaft Z-axis.Positions along Involute and LeadThe specified values of all modifications are at the evaluation limits, except end relief which is at the ends of the face width.Sign of ModificationsAll positive input values of Relief, Barrelling, Crowning and End Relief in the RomaxDesignerdialog boxes indicate material removed.Sign of Lead Slope A positive value of lead slope indicates material removed at the bottom end of the face width,whilst the top end of the face width remains unchanged. This is illustrated below left.A negative value of lead slope indicates material removed at the top end of the face width,whilst the bottom end of the face width remains unchanged. This is illustrated below right.Sign of Involute Slope A positive value of involute slope indicates material removed at the lower region (Start of Active Profile or SAP), whilst the upper region (End of Active Profile or EAP) remains unchanged. This is illustrated below left.A negative value of involute slope indicates material removed at the upper region (EAP), whilst the lower region (SAP) remains unchanged. This is illustrated below right.。

图1　中桥主减速器圆柱齿轮传动模型
3.运行结果
图2　传动线性误差
如图3所示为分析得到的齿轮单位线载荷的等高线云图，其上精确计算得出了轮齿齿面的单位长度载荷与滚动角和齿面距离的位置关系。

如图4所示为该单位
图3　单位线载荷等高线云图
图4　啮合传动接触斑
图7　修形后齿面形状
修形后运行结果
图8为修形后的齿轮端面传动线性误差曲线，计算图8　传动线性误差（修形后）
图9所示为修形后计算得到的齿轮单位线载荷的等高线云图，图10为齿面上的啮合接触斑情况。

由此可图9　修形后单位线载荷等高线云图
图5　齿向鼓形
修形参数
6所示为轮齿修形前的齿面形状，可以看到，无论是齿向方向还是渐开线方向，其基节累计误差均为初始值，即齿向鼓形、齿向斜度以及渐开线鼓形等数0[5]。

修形参数的最佳选择要权衡几项修形参数综合考虑，可通过全阶乘方法、蒙特卡洛法或遗传算法计算得出（本文不予详述），也可通过经验数据进行尝试，最后从几种方案中择优选择[6]。

图6　修形前齿面形状
图10　修形后啮合传动接触斑
修形后，不仅原齿面啮合接触的严重偏载问题得到解决，传动线性误差也得到大幅提升，而且轮齿的接触应力和弯曲应力也明显降低。

从表4的修行后啮合。

齿轮螺旋角修型方向概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在齿轮传动系统中，齿轮螺旋角修型方向是一项极其重要的技术参数。

齿轮螺旋角是指齿轮齿面与轴线之间的夹角，它的大小和方向对于齿轮传动性能具有直接影响。

本文将详细介绍齿轮螺旋角修型方向的概念、作用以及其重要性。

1.2 文章结构本文共分为五个部分来论述齿轮螺旋角修型方向相关内容。

首先，在引言部分我们将概述本文的背景和目的，以及文章结构。

然后，在第二部分，我们将详细讨论齿轮螺旋角修型方向的概述，包括定义和作用、重要性以及现有方法的概述。

接下来，在第三部分，我们将说明影响齿轮螺旋角修型方向选择的因素、常见修型方式以及不同工况下选择修型方向的原则。

在第四部分，我们将给出关于正斜齿和逆斜齿的概念和区别，并解释它们在不同传动系统中适用性的原因。

最后，在第五部分，我们将总结齿轮螺旋角修型方向的重要性，并展望相关研究和未来发展。

文章以逻辑清晰的结构来介绍和解释齿轮螺旋角修型方向相关内容。

1.3 目的本文的目的是系统地介绍和解释齿轮螺旋角修型方向的概念、作用、重要性和选择原则。

通过对现有方法和不同工况下的实例进行分析，我们将探讨齿轮螺旋角修型方向在齿轮传动中的应用，并阐明它对于提高传动效率、降低噪声和延长使用寿命等方面的影响。

通过本文的阐述，读者将能够更好地理解和应用齿轮螺旋角修型方向技术，从而为设计与选用齿轮传动系统提供指导。

以上是关于“1. 引言”部分内容的详细清晰撰写，请核对并参考。

2. 齿轮螺旋角修型方向的概述2.1 齿轮螺旋角的定义和作用：齿轮螺旋角是指齿轮齿面与其旋转轴线之间的夹角。

它是通过在齿廓中引入一定的倾斜来实现的。

螺旋角对于齿轮传动的性能和运行稳定性起着重要作用。

具体来说，齿轮螺旋角可以提高传动效率、减小振动和噪声，同时还可以增强齿面接触强度和承载能力。

2.2 齿轮螺旋角修型方向的重要性：齿轮螺旋角修型方向对于齿轮传动的性能和可靠性具有重要影响。