齿轮设计

这是一篇关于齿轮的设计思路思维导图，介绍了齿轮的概念设计、齿轮的详细设计、齿轮的设计验证。

齿轮的正向设计思路

• 齿轮的概念设计
  • 齿轮的DNA设计关键
  • 1）对标应用
  • 2）性能
    • 1）阶次偏离度
      • a）降低齿数（齿轮每秒啮合次数多，频率高，更容易引起高频率的啸叫音；优化啮合次数，可以降低齿轮转速及齿数）； b）≥17齿（17齿以下会根切）； c）避开电机的槽、极阶次（经验：5倍阶次内都满足＞7%的偏离要求；超过5倍阶后，能量下降，不再重点关注）；
    • 2）降低啮合冲击能量
      • 1）缩小齿侧间隙（缩小齿轮啮合前的减速时间，减小啮合时候的相对速度）
      • 2）增大重合度（重合度大可以更加平稳啮合）
        • 注意：过高追求端面重合度，齿顶宽度若过小，热处理后的硬脆崩落风险
    • 3）轴系挠度
    • 4）啮合错位
    • 优良的支撑定位结构
      • 1）降低齿轮副的不对中，减少冲击
      • 2）缩小轴向窜动量，减少沿轴向的齿侧间隙波动
      • 3）同轴度更高，保证法向的齿侧间隙和重合度波动，确保啮合时候的中心距
      • 4）选定支撑刚度高的结果，降低支撑轴的变形（若使用悬臂结构时，缩短悬臂长度优化支撑刚度）
    • 5）传递误差
    • 6）效率
  • 3）重量
  • 4）可靠性
    • 1）安全系数
    • 2）轴承损伤率
    • 3）最大应力
  • 5）关联变更规模
  • 6）工艺可行性
    • 1）生产可行性
      • 1）形状偏差（齿与齿差异）
      • 2）圆周方向上齿侧间隙偏差（齿距偏差及齿距累积偏差、高速齿轮的粗糙度甚至影响齿侧间隙波动）
      • 3）减少热处理变形（氮化）
    • 2）装配可行性
  • 7）平台化（通用性）
  • 8）成本（自身成本、对手件成本等整体成本）
  • 9）制造周期
• 齿轮的详细设计
  • 1）阶次噪音的宏观优化
    • 缩小齿轮啮合错位量
      • 1）齿轮轮缘及腹板过薄会导致齿轮力下变形，增大错位量
      • 2）齿轮布置位置远离轴的支撑点，会产生较大的轴系变形，加大错位量
      • 3）轴系的游隙太大、轴承限位程度不够会增大轴系挠度（如锥轴承轴向预紧不到位）
  • 2）阶次噪音的微观优化
    • 1）小的传递误差
      • 齿轮微观修形
      • 1）不同扭矩及工况下的峰峰值，PPTE Peak to Peak Transmission Error，＜0.5μm
      • 2）通过试验设计（DOE Design Of Experiment）方法，制作极值、中值的效应图，提高设计鲁棒性（横坐标fhβ、Cβ的下限值、中值、上限值，纵坐标为各值对应的传递误差；一个齿轮副分别做出：主动齿fhβ、Cβ、被动齿fhβ、Cβ的传递误差，都要在评价标准内）
    • 2）仿真的接触斑点要符合实物
      • Romax里面仿真的接触斑点看齿轮单位长度的载荷图，不看最大接触应力图。
• 齿轮的设计验证
  • 1）耐久测试
  • 2）阶次噪音测试
  • 3）齿轮啮合斑点试验