高重合度人字齿轮传动动态性能优化设计*

赵 宁，秋朋园，刘贵立

(西北工业大学机电学院，陕西西安 710072)

人字齿轮传动具有承载能力高、工作平稳性好、自平衡轴向力等优点，因此被广泛应用于航空、航天、船舶等领域。国外先进直升机已将人字齿轮传动应用于其主减速器，以实现大功率的“分扭-并车”传动。

高重合度人字齿轮副在啮合传动过程中，同时参与啮合的齿数至少有两对，单对齿上承受的载荷较小。Sivakumar［1］等对高重合度齿轮与普通齿轮进行了试验验证，结果显示高重合度齿轮无论在使用寿命、可靠性还是承载能力方面都具有较大的优势。但高重合度齿轮对误差激励、刚度激励及啮合冲击激励也较为敏感，因此，在对人字齿轮进行高重合度设计的基础上，综合考虑齿轮传动的动态性能，对人字齿轮副进行综合性能优化就显得尤为重要。

目前，国内外对齿轮传动的静态性能优化设计研究得较多，理论较为成熟，对于动态性能的优化设计则研究得较少。杜雪松、朱才朝等考虑齿轮副的时变啮合刚度、啮合阻尼及轮齿的综合误差［2］，建立了船用齿轮传动系统的动力学模型，以齿轮的振动加速度和质量为目标函数对船用齿轮的齿数、螺旋角及变位系数进行了多目标动态优化。张庆伟等考虑时变啮合刚度、啮合误差以及风速变化引起的外载荷波动，建立了风力发电机齿轮传动系统的集中参数模型，以各构件的振动加速度和系统体积/质量为优化目标函数［3］，设计齿轮的齿数、模数、齿宽。……