(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111502113.8 (22)申请日 2021.12.09 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0三研 究所 地址 150078 黑龙江省哈尔滨市道里区洪 湖路35号 (72)发明人 贾海涛　闫沈松　邵钢　张润博　 尹逊民　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) (54)发明名称 一种按啮合周期波动 的人字齿轮修形量优 化设计方法 (57)摘要 本发明提供了一种按啮合周期波动 的人字 齿轮修形量优化设计方法， 通过标准齿面人字齿 轮副几何接触分析获得啮合路径和几何传动误 差， 借助承载接触分析获得承载传动误差； 采用 小轮修形方式， 通过小轮刀具附加位移量实现齿 面修形， 将小轮修形参数为各个啮合点处的附加 位移， 各个啮合点处啮合齿数不同， 附加运动量 不同， 可以得到按啮合周期波动的小轮修形齿 面。 本发明以几何传动误差为优化设计变量， 承 载传动误差波动幅值为优化目标， 通过修形优化 获得承载传动误差最小的几何传动误差， 进而 得 到按啮合周期波动的修形量分布。 本发明可实现 不同啮合区修形设计波动变化， 抵消不同啮合区 不同的变形量， 达到人字齿轮副理想的减振降噪 目的。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114239258 A 2022.03.25 CN 114239258 A 1.一种按啮合周期波动的人字齿轮修形量优化设计方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 确定齿面 修形参数； 由人字齿轮副的几何传动误差可见， 一个啮合周期内经历了三齿啮合区 ‑两齿啮合区 ‑ 三齿啮合区 ‑两齿啮合区 ‑三齿啮合区； 对于三齿啮合区来说， 刚度大变形小， 应当修形量 大； 对于两齿啮合区来说， 刚度小变形大， 应当修形量小； 通过这样的修形， 齿面修形量随啮 合周期呈波动状， 使各啮合点承载传动误差趋于接近， 大幅度减少 了承载传动误差波动幅 值； 所述啮合周期为 一个轮齿从进入啮合到退 出啮合的时间； 采用小轮修形的方法， 通过齿条刀在小轮加工过程中的附加运动实现在标准齿面上附 加修形量， 因此以各啮合 位置的小轮刀具附加运动作为 修形参数； 步骤2： 带有刀具附加位移的人字齿轮副齿面建模及几何接触分析； 小轮左右两侧斜齿轮修形参数对称； 对于左侧斜齿轮， 按修形小齿轮加工坐标系， d为 刀具附加位移， 通过 该附加位移可以实现齿面 修形； 由于刀具的附加位移， 小 齿轮的修形齿面方程表示 为： 其中， 和 为小轮坐标系S1中小轮齿面的位置矢量和法向矢量； 和 为小轮刀具坐 标系St1中小轮刀具的位置矢量和单位法向矢量； [M]1,t1表示从坐标系St1到S1的转换矩阵， [L]1,t1为其中的转换子矩阵； 当d为 零时可以建立标准小轮齿面； 大齿轮和小 齿轮建模方法相同， 但是没有附加运动量； 几何接触分析TCA的计算公式表示 为： 其中， 和 为固定坐标系Sf中小轮齿面 的位置矢量和法向矢量， 通过小轮坐标系S1 中小轮齿面的位置矢量和法向矢量坐标转换得到； 和 为固定坐标系Sf中大轮齿面的 位置矢量和法向矢量， 通过大轮坐标系中大轮齿面的位置矢量和法向矢量坐标转换得到； u1、 l1、 d、 u2、 l2、 按照啮合顺序依次给出， 当d和 已知时只剩下5参数， 而公式(2)为5 个独立的标量方程， 因此 可以求解； 步骤3： 人字齿轮几何传动误差和承载传动误差的求 解； 采用几何接触分析TCA得到人字齿轮副啮合路径和几何传动误差， 几何传动误差定义 为空载下当小轮转过一定角度时， 大轮转过 的实际角度与 理想角度之差； 不考虑小轮和大 轮的初始转角， 几何传动误差 的计算公式为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239258 A 2其中， 为大轮的实际转角背离理论转角之值， 即几何传动误差； 和 分别为小轮 和大轮的即时转角； N1和N2分别为小轮和大轮的齿数； 承载传动 误差定义为载荷下当小轮转过一定角度时， 大轮转过的实际角度与理想角度 之差； 通过承载接触分析LTCA得到承载传动误差， 进一 步计算承载传动误差波动幅值ALTE； ALTE＝max{LTE1,...,LTEm}‑min{LTE1,...,LTEm} 其中， LTE1,...,LTEm为各个啮合位置的承载传动误差； ALTE为承载传动误差波动幅值修 形优化设计； 当d取值di， 取值 时， 由公式(2)得到 再由公式(3)得到相应的几何传动误差 相反， 如果几何传动误差 和 已知时， 可以反求di； 在TCA计算时， 为给定值， 这 时几何传动误差 和di相关， 可以求出di； 步骤4： 人字齿轮优化 修形设计； 选择几何传动误差x做为优化变量， 优化目标为承载传动误 差波动幅值 最小， 目标函数为： 2.根据权利要求1所述的一种按啮合周期波动的人字齿轮修形量优化设计方法， 其特 征在于： 所述步骤4中采用遗传算法进行人字齿轮优化修形设计， 优化变量 的优化范围 为 ALTE0为标准齿面设计载荷时承载传动误差波动幅值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239258 A 3