Romax在变速箱设计及优化方面的主要应用

介绍Romax在变速箱设计及优化方面的主要应用汇报内容主要包括三部分：利用Romax进行齿轮强度分析及齿形优化利用Romax对变速箱轴及轴承进行分析利用Romax对变速箱啸叫分析一、利用Romax进行齿轮强度分析及齿形优化1.1用Romax软件建模过程用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。依据相关参数，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。装配完成的输入轴如下：将输入、输出轴建立完成后，彼此相互独立，无空间关系。需要通过定义轴坐标原点的相对坐标来定义轴在齿轮箱中的位置。轴的相对位置必须预先计算准确以确保齿轮能准确啮合。最终建立完成的三维模型如下图所示：换挡机构建立完成后，建立工况，设置每个工况下的载荷：1.2齿轮强度分析以1档输出齿轮为例进行分析。分析结果如下图所示，轮齿弯曲应力、接触应力如图：.一档输出齿轮强度分析结果如下表所示：1.3齿形优化过程由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及错位，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。对齿轮副进行齿面微观优化修形，并对优化修形前后齿面载荷分布均匀性、齿面接触和齿根弯曲强度安全系数等参数进行对比。对比结果表明，通过优化修形可以使齿面载荷分布更加均匀，提高齿面接触和齿根弯曲强度，进而达到增加齿轮寿命的目的。1.3.1齿向修行由于轴、轴承、齿轮的弹性变形导致齿轮啮合偏斜，从而使齿轮在齿向方向上承载载荷不均匀。先按图1所示进入传递误差分析界面，继而进入图2、图3所示，按图中步骤进行操作。未修行前齿轮的齿向载荷分布、谐次响应、传递误差分别如图4~图6。图1传递误差分析图2齿轮啮合特性分析界面图3齿轮啮合特性分析界面图4齿轮单位啮合长度的载荷分布图5齿轮谐次响应图6齿轮传递误差（26.15-13.72=12.43um）由图4可以看出，齿轮所受载荷在齿向分布上存在严重的分布不均，因此有必要对齿向进行修形。按下图进入轮齿优化界面：齿向优化界面：经过理论研究，输入最佳修形量并进行优化。由于现在还不具备完整的理论推导，只初步经过尝试输入一个修行量，单位长度载荷减小，验证结果如下：1.3.2齿廓修行由上图可以看出，齿轮在双齿啮合与单齿啮合的载荷突变十分明显。为了减小这个突变，对轮齿进行齿廓修形，按下图进入齿廓修形界面：经过尝试,修形后轮齿载荷分布、谐响应及传递误差分别如下图所示：修行后的载荷分布图优化后齿轮谐次响应修行后齿轮传递误差（31.28-23.28=8um）1.4结论轮齿经修形后，最大单位长度载荷、传递误差、谐次响应都有了很大程度的下降，这对提高轮齿的承载能力，减小啮合噪声都有很大的作用。齿轮微观修形可以最大程度地补偿上述情况产生的误差，从而得到较理想的齿轮啮合质量，使齿面上的载荷呈均布状态，并能提高齿轮的疲劳寿命，降低齿面磨损。Romax软件提供了一个齿面微观几何分析技术平台，运用其微观几何分析模块可以直观地分析齿面载荷分布、轮齿强度等情况，进而设计出最优化的修形参数。二、利用Romax对变速箱轴及轴承进行分析Romax可以对各个档位进行轴的静态分析，并查看轴承是否有超载的情况。轴与轴承分析界面如下图所示：轴的静态分析将计算齿轮箱部件在各个载荷工况下所受的力、力矩、偏移量和应力。分析结果如下图所示：轴承静态分析结果采用了ISO寿命、ISO损伤、Adjusted损伤和LoadZoneFactor的方式进行表达。分析结果如下图所示：Romax里可以对整个齿轮箱进行载荷谱分析，这样会可以直接调出轴承、齿轮的分析报告，界面如下图所示：分析报告如下图所示：从以往的研究可知，传递误差（TransmissionError）是引起变速箱啸叫声的根本原因。传递误差与齿轮啮合振动及啸叫噪声声压级成比例关系。要消除或者减小啸叫声，可以从减小传递误差入手。因此我们可以采用第一部分所讲的齿廓修形作为减小轮齿啮合激励的有效手段，用于消除轮齿的啮入和啮出冲击并最大限度地减小齿轮传动误差的波动，实现减小振动的目标。可通过齿轮修形以减小齿轮传递误差，并对传递误差的仿真结果与测量结果进行对比，验证两者的关联性。目前对于齿轮箱啸叫的研究，主要集中在应该如何使传递误差减小的方面。三、利用Romax对变速箱轴进行啸叫分析3.1减小齿轮传动误差来减小啸叫声目前我们接触的M3降低啸叫噪声的项目，就可以通过噪音和振动多路传感器测试，以及采用阶次分析技术对变速器、发动机和整车相关部位进行测试分析，确认异常啸叫噪声的来源。并通过对不同部位的测试数据的相干性分析找到啸叫声主要的传递路径；确认啸叫噪声来源。之后运用Romax软件，对齿轮接触区进行理论分析，验证理论分析与实际测试的一致性，在Romax专业软件中通过齿形微观修形的方式，调整螺旋角、压力角、鼓形量、齿顶修缘等参数，寻找降低齿轮传递误差、降低接触应力的方案。经样件试制、整车测试验证，验证新方案措施对改善啸叫噪音的效果，观察车内噪声品质是否有所改善。第一部分已经讲述通过齿轮微观修行降低传动误差的分析，不再赘述。箱体的振动是变速箱噪声的主要来源，对箱体进行模态分析可以得到箱体的固有频率和固有振型。利用固有振型图可以比较直观的看到变速箱箱体在某阶频率下的振动形态，直观的分析减速器的动态特性，因此对箱体的模态分析是非常有必要的。变速箱箱体首先通过Catia三维建模，通过Hypermesh生成有限元模型，并通过节点缩聚连接到主轴承上。最后保存为.dat格式的文件，以备在RomaxDesigner中使用。同样在Romax里对齿轮箱进行建模，之后分别对变速箱箱体和齿轮传动系统进行啸叫分析，得到其前几阶模态，然后对比分析。3.2分析箱体和齿轮传动系统的各阶模态是否存在共振频率来研究啸叫分析Romax软件内嵌动力学分析模块如下图所示，可以完成齿轮箱系统固有频率及固有振型的求解，通过振动噪声分析模块可以查看求解结果。利用动力学分析模块可求解动力模块传动系统在各档工况下的前几阶固有频率。分别对变速箱壳体及变速箱齿轮传动系统进行模态分析，分析界面如下图所示：齿轮传动系统模态分析变速箱箱体的模型如下：通过对比箱体和齿轮传动系统的各阶频率，观察其是否存在共振频率。根据箱体有限元模态分析结果得到非零模态频率的范围,然后与减速器齿轮啮合振动频率、电机的振动频率相比,观察减速器箱体的固有频率是否完全避开了共振区,是否会发生共振。3.3结论分析谢谢！