考虑圆弧修形和交错角的人字齿轮啮合行为分析

侯晓燕; 王曦; 周越

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (4) : 180 -192.

侯晓燕, 王曦, 周越

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摘要

针对人字齿轮制造加工导致左、右齿面存在不同程度的对称性偏差，以及传统轴向位移迭代法受误差尺度限制的问题，以某型高速列车人字齿轮为研究对象，提出了一种新的轴向位移迭代方法，并建立人字齿轮承载接触分析(LTCA)模型。该模型以有限元法和有限长线接触理论为基础，在载荷-变形协调方程中考虑不同啮合点处螺旋角的差异，采用牛顿迭代法计算主动齿轮轴向位移，通过LTCA模型分析了轮齿圆弧修形与齿面交错角对啮合激励和载荷分布的影响。研究结果表明：牛顿迭代法可适用于含不同误差类型的人字齿轮LTCA模型，且小误差下牛顿迭代法比传统迭代法的计算时间减少70%,圆弧修形量从2μm增至15μm,时变啮合刚度均值降低38%,啮合误差均值提高39%;当输入扭矩为500 N·m时，两侧齿面中部最大法向啮合力由100 N增大到370 N;随着齿面交错角的增大，时变啮合刚度均值提高，啮合误差均值减小，交错角相位差从0增加到π,时变啮合刚度、啮合误差的幅值分别降低了54%和79%。该研究结果可为人字齿轮啮合稳定性的提高提供新思路。