張佳雄　魏靜　 張春鵬　侯少帥

摘要： 提出一種高階調(diào)諧齒輪傳動(dòng)原理，定義了調(diào)諧齒輪的錯(cuò)時(shí)相位角?；趧?dòng)態(tài)嚙合力開展高階調(diào)諧齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)研究，推導(dǎo)出調(diào)諧齒輪最佳傳動(dòng)參數(shù)，驗(yàn)證調(diào)諧齒輪錯(cuò)時(shí)相位角、調(diào)諧階數(shù)對動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響;結(jié)合具體案例，進(jìn)行高階調(diào)諧齒輪的動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬，研究高階調(diào)諧齒輪傳動(dòng)參數(shù)對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)嚙合力以及振動(dòng)響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明，當(dāng)調(diào)諧階數(shù)為2（二階調(diào)諧齒輪）、錯(cuò)時(shí)相位角為1/2個(gè)齒距時(shí)，調(diào)諧齒輪時(shí)變嚙合剛度和接觸力波動(dòng)最小，振動(dòng)位移以及振動(dòng)加速度波動(dòng)最小，從理論上驗(yàn)證了二階調(diào)諧齒輪具有明顯的減振作用。

關(guān)鍵詞： 高階調(diào)諧齒輪;?振動(dòng)響應(yīng);?相位調(diào)諧;?接觸力波動(dòng)

中圖分類號： TH132.41;TH122 ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ???文章編號： 1004-4523（2022）02-0369-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2022.02.012

引??言

齒輪傳動(dòng)是目前在機(jī)床、汽車、飛機(jī)、艦船和許多機(jī)械裝備中運(yùn)用范圍最廣的機(jī)械傳動(dòng)，但齒輪嚙合沖擊直接影響著齒輪傳動(dòng)的可靠性和運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，而嚙合剛度波動(dòng)是產(chǎn)生嚙合沖擊的根源，減小齒輪嚙合剛度波動(dòng)，以此來改善齒輪嚙合沖擊以及減小傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)具有重要的意義。

研究表明，嚙合相位是研究齒輪傳動(dòng)性能的一個(gè)重要參數(shù)^1?3。早在1967年，Schlegel等就發(fā)現(xiàn)并研究了行星輪系相位調(diào)諧現(xiàn)象，并且利用相位調(diào)諧使傳動(dòng)噪聲降低了11 dB;Ambarisha等研究了嚙合相位對行星模態(tài)響應(yīng)的影響，推導(dǎo)了相位調(diào)諧理論，并得出了通過嚙合相位可以抑制行星齒輪動(dòng)力學(xué)中的行星模態(tài)響應(yīng);王世宇等建立了直齒行星系統(tǒng)的彎扭耦合動(dòng)力學(xué)模型，研究了相位調(diào)諧因子與構(gòu)件運(yùn)動(dòng)特性之間的關(guān)系，并通過優(yōu)化行星嚙合相位來預(yù)測和抑制齒圈齒輪的某些諧波共振;張霖霖等研究了嚙合相位對人字齒行星齒輪系統(tǒng)均載的影響;史志偉建立了一種計(jì)算不同行星輪嚙合相位的計(jì)算方法;尤明明等通過調(diào)節(jié)相位使得某NGW型高速行星齒輪箱振動(dòng)偏大的問題得以有效解決;沈稼耕從固有頻率變化周期、重根性、振型特性等方面分析了嚙合相位對模態(tài)的影響;戴麟等通過實(shí)驗(yàn)對比，證明相位調(diào)諧方法降噪的可行性;謝幫等采用解析方法研究了嚙合相位對振動(dòng)特性的影響。Peng等提出了利用行星相位來診斷故障行星的方法;徐長航等通過調(diào)節(jié)自升式海洋平臺(tái)齒輪齒條升降機(jī)構(gòu)小齒輪之間相位差的方式實(shí)現(xiàn)錯(cuò)齒嚙合，從而達(dá)到提高機(jī)構(gòu)承載能力和動(dòng)力性能的目的;此外，也有學(xué)者對人字齒左右兩邊交錯(cuò)角做了相關(guān)研究，Mo等采用集總參數(shù)法建立了人字型行星齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并發(fā)現(xiàn)了交錯(cuò)角對載荷分擔(dān)系數(shù)有明顯影響，而對最大嚙合力影響不大;Kang等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了人字齒從右到左的交錯(cuò)角是最關(guān)鍵的動(dòng)態(tài)沖擊響應(yīng)參數(shù)。

由直齒輪演變出各種承載能力更強(qiáng)、傳動(dòng)性能更好的齒輪，如斜齒輪、螺旋齒輪、人字齒輪等。但也存在一些缺陷，如人字齒增加了成本，斜齒輪產(chǎn)生了軸向力等;目前，關(guān)于行星輪系相位調(diào)諧的研究已經(jīng)相對成熟。本文基于相位調(diào)諧思想，提出高階調(diào)諧齒輪傳動(dòng)原理，并對高階調(diào)諧齒輪傳動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)開展研究;基于動(dòng)態(tài)嚙合力進(jìn)行高階調(diào)諧齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)，并求解調(diào)諧齒輪的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，驗(yàn)證調(diào)諧齒輪傳動(dòng)原理的正確性。