一個(gè)經(jīng)典的案例是，制造過(guò)程如何影響齒輪的性能，是在一個(gè)更簡(jiǎn)單的磨齒機(jī)上生產(chǎn)齒長(zhǎng)鼓形。在斜齒齒輪齒的連續(xù)展成磨削過(guò)程中，砂輪的運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致一個(gè)特定的偏差誤差，稱(chēng)為“自然扭曲”。這種偏差包括一個(gè)扭曲和一個(gè)小的覆蓋的齒廓鼓形(圖4)。現(xiàn)代磨齒機(jī)可以彌補(bǔ)制造造成的扭曲，但機(jī)械式的磨齒機(jī)不能彌補(bǔ)。這種扭曲會(huì)極大地影響嚙合中的接觸區(qū)域和激勵(lì)特性，通常是不被允許出現(xiàn)的。
圖4 當(dāng)采用展成磨削時(shí)，因加工鼓形而產(chǎn)生的齒面扭曲
然而，在一個(gè)斜齒齒輪在某些情況下，齒面扭曲有時(shí)是故意被使用的一種修型。這表明，由制造引起的扭曲有時(shí)是有用的。如果設(shè)計(jì)軟件能夠在接觸分析中計(jì)算并考慮由機(jī)械制造引起的齒面扭曲，則可以在齒輪尺寸設(shè)計(jì)階段包含由此產(chǎn)生的制造偏差。這大大簡(jiǎn)化了磨削過(guò)程，并更容易實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)齒廓。
齒輪齒廓設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的考慮
如上所述，在調(diào)整齒輪齒的幾何形狀和修型時(shí)，考慮制造材料的性能是有用的。不同制造方法也會(huì)影響成本，因此可能非常重要，特別是在較大的批量生產(chǎn)的情況下。例如，對(duì)于大批量生產(chǎn)時(shí)，齒輪珩齒工藝是一種非常具有成本效益的方法，但只能使用最大的模數(shù)為6mm。另外，與使用切削刀具相比，車(chē)齒加工是一種非常有效的方法，但有必要檢查工件和工具是否會(huì)碰撞。
然而，通常情況下，齒輪設(shè)計(jì)師在生產(chǎn)方面沒(méi)有足夠的專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)克服不同工藝中固有的限制。由于這個(gè)原因，KISSsoft努力在其尺寸調(diào)整軟件中集成生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)知識(shí)。該軟件的作用可以完成在設(shè)計(jì)師不知道的細(xì)節(jié)的情況下檢查一種特定制造方法的通用性。例如，應(yīng)該避免讓設(shè)計(jì)者被要求進(jìn)入一個(gè)他可能不知道的車(chē)齒刀具的軸的直徑。這使得制造驗(yàn)證項(xiàng)目的發(fā)展成為一個(gè)挑戰(zhàn)。
現(xiàn)在的KISSSOFT軟件已經(jīng)歸屬于GLEASON，所以，可以在設(shè)計(jì)時(shí)與制造工藝進(jìn)行更加緊密的結(jié)合。
制造質(zhì)量對(duì)于NVH性能的影響
問(wèn)題的產(chǎn)生
如前所述，如果要生產(chǎn)預(yù)定義的齒面修型，特別是精確地齒形修正，可能是比較困難的。當(dāng)然，設(shè)計(jì)者希望根據(jù)所定義的齒面修型，例如，特別是為電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的低振動(dòng)的齒輪修型參數(shù)，能夠進(jìn)行大批量準(zhǔn)確的生產(chǎn)。
在實(shí)踐中，特別是齒廓形式的偏差，往往受到很大的限制。在這增加了周期時(shí)間，從而增加了制造成本。這就回避了一個(gè)問(wèn)題，即關(guān)于所需的高質(zhì)量是否真的產(chǎn)生了任何真正的改進(jìn)。例如，一個(gè)大尺寸的齒面形貌修正是否比減少允許的制造誤差更有效。當(dāng)齒面齒廓和齒長(zhǎng)方向利用齒輪檢測(cè)機(jī)進(jìn)行測(cè)量分析時(shí)，相關(guān)信號(hào)總是分散的，通常覆蓋一個(gè)基本波形。因此，波紋的數(shù)量直接影響所產(chǎn)生的齒廓和齒長(zhǎng)方向的偏差。
合乎邏輯的是，齒面的波紋是，或可能是引起振動(dòng)的原因。另一方面，也證實(shí)了振動(dòng)激勵(lì)不一定與波度的振幅或長(zhǎng)度成正比。一定程度的波紋甚至可以改善噪聲特性。這已經(jīng)在TU Munichs FZG(齒輪研究中心)的測(cè)試中進(jìn)行了研究，相關(guān)研究已經(jīng)證明了通過(guò)精確預(yù)定義的波形可以顯著降低噪聲。
這就產(chǎn)生了一種思路，即在理論上最佳大小的輪齒上施加額外的波紋(有無(wú)修型都進(jìn)行分析)，然后測(cè)試這種設(shè)計(jì)對(duì)所需性能的影響。首先，應(yīng)該在理論上用接觸分析(載荷下)研究無(wú)誤差狀態(tài)下的齒輪副，以確定通常的摩擦特性，如傳動(dòng)誤差、激勵(lì)力、赫茲壓力、效率損失等。之后，對(duì)輪齒施加額外的波紋度，再次進(jìn)行重復(fù)計(jì)算，并確定與第一次計(jì)算結(jié)果的偏差。波度的數(shù)量級(jí)應(yīng)對(duì)應(yīng)預(yù)期的精度等級(jí)(如根據(jù)ISO 1328)的標(biāo)準(zhǔn)定義偏差(齒長(zhǎng)和齒廓方向)。
計(jì)算中的應(yīng)用
為了能夠執(zhí)行此計(jì)算，在KISSsoft中的“制造”選項(xiàng)卡中添加了一個(gè)表。(圖5)，用戶可以在其中對(duì)制造設(shè)備進(jìn)行設(shè)置(圖6)。
圖5 KISSsoft軟件中的“制造”模塊相關(guān)內(nèi)容
圖6 KISSsoft中不同波紋度的選擇
制造形式的偏差可以模擬為齒廓方向、齒長(zhǎng)方向或用于制造齒輪的刀具的法向偏差，如表1所示。輸入內(nèi)容也可以通過(guò)多次輸入偏差來(lái)累積。
表1 波紋度的定義
與確定波紋度對(duì)嚙合的影響有關(guān)的一個(gè)重要問(wèn)題是，制造產(chǎn)生的波紋可能因不同的輪齒而存在差異異，或因不同的工件而存在差異。波長(zhǎng)、波起始點(diǎn)(圖7)和振幅將不斷變化。
圖7 齒廓圖形中的波紋度顯示
這在齒輪測(cè)量機(jī)的分析中是顯而易見(jiàn)的。因此，必須進(jìn)行大量的計(jì)算來(lái)分析這些參數(shù)的差異和離散性。我們分析產(chǎn)生振幅、長(zhǎng)度和起始有效值的不同的加工變量。對(duì)每個(gè)變量進(jìn)行接觸分析，以計(jì)算出最重要的結(jié)果，然后進(jìn)行顯示出來(lái)。
圖8 腳本程序中提取
要完成這一過(guò)程，通常我們將需要大量的時(shí)間來(lái)一步一步地進(jìn)行手工計(jì)算。集成到KISSsoft中的腳本語(yǔ)言的使用在這種情況下是一個(gè)很好的解決方案。執(zhí)行計(jì)算的工程師可以使用腳本編輯器在軟件中編寫(xiě)和運(yùn)行他們自己的功能。這使得針對(duì)不同波紋的接觸分析可以自動(dòng)計(jì)算很多次，并將不同結(jié)果進(jìn)行比較和顯示。