摘要
随着工业技术的不断革新发展，齿轮箱工况不断向高速重载方向发展，使得齿轮箱传动系统振动噪声问题越来越严重，做为传动的重要设备，齿轮箱运转过程中的动态特性稳定至关重要，因此优化齿轮箱传动系统的动态特性迫在眉睫。而齿轮箱内部啮合齿轮副是齿轮箱产生振动噪声的主要激励源，所以为了降低齿轮箱的振动与噪声，一方面提高齿轮箱中啮合齿轮在工作时的平稳性去降低齿轮啮合时产生的振动与噪声，另一方面可以通过改进箱体的结构，以此来完成抑制辐射噪声与改善箱体表面振动噪声的目的。本文主要采用优化啮合齿轮副的方法来达到降低箱体振动与噪声的目的。针对齿轮的优化，主要采用两种方法，一是通过齿轮齿面微观几何修形，提高齿轮的啮合性能；二是通过调整齿轮副齿侧间隙和阻尼比，提高传动系统稳定性。 本文首先依据UG和Hypermesh软件完成不规则模型箱体的有限元模型建立，通过Romax柔性体耦合功能生成齿轮箱刚柔混合模型。在Romax软件中对齿轮进行齿向载荷及传动误差分析，基于分析结果，应用遗传算法确定修形量，然后对齿轮进行微观几何修形。较修形前相比输入齿轮副与输出齿轮副传动误差峰峰值分别减小了63%和38%，齿面最大载荷分别减小了55%和16%，分析结果表明基于遗传算法的修形设计成功降低了啮合齿轮副的振动。由于齿轮传动系统在组成上具有质量集中的特点，因此把各轴以及轴承视作刚体，不考虑轴与轴承的弹性变形，将轴视为具有惯性的质量快，轴承视为具有弹性的弹簧，在考虑时变啮合刚度，齿侧间隙以及修形量的基础上，对齿轮副建立二自由度非线性动力学方程，并对其进行数值求解，从而分析齿轮的齿侧间隙，阻尼比以及外载荷对齿轮传动系统动态特性的影响，分析结果表明一定范围内增大系统的阻尼比以及减小齿侧间隙可以弱化系统的非线性，对改善系统动态特性，提高系统的稳定性有一定的作用。最后依据上述的两种优化方式对齿轮箱中的齿轮进行优化设计，通过静态分析验证优化后齿轮接触与弯曲安全系数，轴承寿命以及轴强度满足要求，通过模态分析，提取系统前八阶固有频率与阵型并通过激励频率的分析，验证优化箱体模型远离箱体固有频率，避免了共振。运用Romax专业分析软件，比对优化前后的齿轮箱表面虚拟传感器的振动响应，分析结果表明，优化前加速度幅值最大为45m/s2，优化后加速度幅值最大为8m/s2，有效降低了箱体表面的振动响应达82%。
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