基于刀具修形的弧齿锥齿轮的振动试验与分析.pdf

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1、机械设计与制造第6期140MachineryDesign&Manufacture2010年6月文章编号：1001—3997(2010)06—0140—02基于刀具修形的弧齿锥齿轮的振动试验与分析木张宇杨宏斌张广杰王小乾(河南科技大学机电工程学院，洛阳471003)ThevibrationexperimentandanalysisforspiralbevelgearsbasedonmodifiedtoolZHANGYu，YANGHong—bin，ZHANGGuang-jie，WANGXiao-qian(He’nanUniversityofScienceandTechnology，Luoyan

2、g471003，China)中图分类号：TH132文献标识码：A表1普通弧齿锥齿轮和修形弧齿锥齿轮的齿坯参数l引言弧齿锥齿轮在航空、汽车、机床、农机、工程机械和仪表中是不可取代的关键传动部件，在振动、噪声、强度、动态性能和可靠性方面都有很高的要求，目前正朝着高速、重载和轻质的方向发展。由于传递功率的加大，使得系统的激励力增大。齿轮系统的振动不但会产生噪声、导致传动系统的运转不稳定，而且会使传动系统失效而发生严重的后果。齿轮振动和噪声是近十几年来齿轮领域内广泛重视的问题。2设计方法和齿坯基本参数目前，我国对于弧齿锥齿轮噪声的研究主要侧重于从增加重x(t)--Acos(2f+)(1)=l合度的

3、角度出发。然而，尽管前人做了很多研究工作，但是噪声大‘，mt⋯z)的问题依然存在，这就使得我们不得不考虑采～一用其一它方一法进行研一一一一一～式中：—谐波幅值；咖一谐波相位-_齿轮的啮合频率；m一自究。基于刀具修形的弧齿锥齿轮(本文简称其为修形弧齿锥齿然数l，2，3⋯，，一为齿轮的啮合频率谐波的最大数；轮)主要是先利用非零变位原理I设计出高强度的弧齿锥齿轮轮n一齿轮轴转速(rpm)；一齿轮齿数。坯，然后借助于局部综合法[21对弧齿锥齿轮啮合质量进行计算机齿轮振动与噪声信号中啮合频率及其谐波成分可表示为：仿真，利用仿真得到齿面修形刀具的初始参数并设计加工出修形M刀具目，进而通过试验利用修形刀

4、具对弧齿锥齿轮齿面进行修形，()=A[1+‰(f)]cos[2wfi++6(f)](3)最终达到同时提高齿轮强度和降低齿轮噪声的目的。本文对经过式中：(￡)一幅值调制函数；bm()—相位调制函数。修形的弧齿锥齿轮和普通弧齿锥齿轮进行了振动噪声的对比分4振动试验系统的设计析和实验，以验证修形弧齿锥齿轮设计理论的有效性和可行性，4．1试验台结构进一步推动这种齿轮在工业中的应用。其齿坯设计参数，如表1本文的试验是在河南科技大学齿轮传动试验台上进行的。该所示。试验台的结构图，如图1所示。试验台的示意图，如图2所示。该3振动谐波分析试验台的动力由调频电机(30kw)提供，经转矩转速传感器输给在理想状

5、态下，成品齿轮副啮合传动时，振动与噪声信号主被测试小轮，试验齿轮装在试验箱内，由磁粉制动器施加负荷转要表现为啮合频率及其谐波频率成分：矩。转矩和转速由转矩转速测试显示。-2来稿日期：2009—08—02-h-基金项目：国家留学归国人员科研启动基金(2003)第6期张宇等：基于刀具修形的弧齿锥齿轮的振动试验与分析141看出，修形弧齿锥齿轮副的振动较普通弧齿锥齿轮副小。由式(3)可知，齿轮在1500r／min时的前三次理论谐波值分别是400Hz，800Hz，1200Hz，有图3可以看出，测得的实际值与理论值相差不大，同时，由于存在着齿轮轴轴频等影响因素导致的调制现象，实测频率点偏离了第一到第三

6、次谐波理论值，说明实验结果与理论分析是吻合的。表3不同转速和载荷下啮合基频对应的输出电压值(单位：电压值／、，)图1试验台结构图Elq1mv{珊图2试验台不意图4．2振动试验测试系统的设计选用了北戴河实用电子技术研究所的SD一5A电荷放大器，(a)普通弧齿锥齿轮(b)修形弧齿锥齿轮面板上具有低通滤波器和能按照传感器灵敏度调节放大倍数的图3两对齿轮的大轮振动时域图和频谱图适调放大器。传感器的响应时间是指从外界环境改变到输出稳态6噪声对比试验的90％所需要的时间。要做到高效率、低成本的完成这个阶跃响的噪声对比实验是利用ND一2型精密声级计测量的，测头位应实验过程以及数据记录，数字示波器是最佳测

7、试仪器。在方便置在试验齿轮正上方30cm处。如表4所示，两种齿轮在不同载的完成阶跃响应实验的同时，还可以利用数字示波器强大的数据荷下的噪声对比情况。由噪声测试结果可知，无论是空载还是在能力高效的记录下来实验数据并存放于计算机上，实现无纸化实加载条件下修形齿轮的噪声比普通齿轮的噪声都会低2db左右。验记录。表4两种齿轮的噪声测试结果对比5振动对比试验5．1实验目的在不同转速、不同载荷下，对比普通弧齿锥齿轮和修形弧齿锥齿轮的