专利名称：渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法
技术领域：
本发明属于机械产品设计技术领域，具体涉及一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法。
背景技术：
可靠性是指产品在规定时间内、规定条件下，完成规定功能的能力。采用概率的方式度量这种能力即为可靠度。自从Robert Lusserl952年在美国San Diego提出了可靠性的科学定义以来，可靠性作为一门新兴的综合性工程学科受到广泛的重视已经有60余年了。在此期间可靠性技术广泛地应用于机械产品(如航空航天器、数控机床、车辆)的设计研发之中。特别是近年来，持续发展己经成为全球关注的焦点，以低碳技术为特征的新型工业化对机械产品提出了新的挑战。现代机械装备与系统朝着极端、高速、高加速、重载、轻量化等方向不断发展。许多大型、智能、复合机械产品不断产生，对人民生活水平的提高发挥了极为重要的作用。但同时机械产品的复杂程度也大为增加，机械产品的价格更加的昂贵，由机械产品失效所引起的事故的数量及危害程度呈逐年倍增的态势。这就对机械产品的可靠性提出了越来越高的要求。渐开线圆柱齿轮系统是现代机械产品中最为常见的一种传动装置，广泛应用于航空、航天、机床等精密传动领域中。根据其传递运动或力的目的不同，对齿轮的使用要求有所不同，但最基本的要求是传递运动的准确性与平稳性。为了满足上述要求，国内外学者针对齿轮传动性能相关内容开展了大量的研究，主要集中在啮合原理、新齿形、结构工艺、力口工工艺、建模等方面，对齿轮可靠性，特别是齿轮传动精度可靠性方面的研究相对较少。然而，由于受到多种随机因素(如齿轮、轴和轴承的制造以及装配误差)的影响，齿轮系统在传动过程中输出轴的转角总会有误差存在。以至于按照理论上可行的设计方案生产出来的齿轮传动系统，在工程应用中常常出现运动性能偏差而无法实现预期的功能，造成资源的浪费乃至恶性事故的发生。设计是完成好机械产品生产的第一道工序，可以从根本上改变机械产品的固有性能，赋予产品“先天特优、先天良好、先天一般和先天不足”这些至关重要的本质特性。对于绝大多数产品来说，设计在保证产品质量的过程中起着头等重要的作用。因此，迫切需要设计与开发一种用于齿轮传动系统可靠度分析与调控的新方法，它应该可以考虑工程实际中主要随机因素对齿轮系统传动性能的影响，无需等到将所有齿轮系统批量生产出来，就能准确分析、评价、与预测齿轮传动系统的合格率，从而指导工程人员提前采取合理的措施，适当调控齿轮系统的可靠性，提高产品的合格率，防止资源的浪费和故障的发生。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，以达到工程实际中准确地分析、评价和预测齿轮传动系统的合格率，调控产品的合格率，防止资源浪费和故障发生的目的。—种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，包括以下步骤:步骤1、确定影响渐开线圆柱齿轮系统传动精度的主要误差因素及其与齿轮系统传动误差间的关系；步骤1-1、确定齿轮加工误差与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系；步骤1-2、确定齿轮内孔与轴的配合间隙与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系；步骤1-3、确定齿轮安装处轴的径向跳动与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系；步骤2、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮系统源误差的公差；步骤2-1、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮切向综合误差的公差，确定齿轮加工误差的均值和方差；步骤2-2、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮内孔与轴的配合间隙的公差，确定齿轮内孔与轴的配合间隙的均值和方差；步骤2-3、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮安装处轴的径向跳动的公差，确定齿轮安装处轴的径向跳动的均值和方差；步骤3、计算渐开线圆柱齿轮系统的传动精度可靠性；步骤3-1、根据齿轮切向综合误差情况，确定由齿轮加工误差引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；根据齿轮内孔与轴的配合偏心情况，确定由齿轮内孔与轴的配合间隙引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；根据齿轮安装处轴偏心情况，确定由齿轮安装处轴的径向跳动引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；步骤3-2、根据步骤3-1中齿轮加工误差、齿轮内孔与轴的配合间隙和齿轮安装处轴的径向跳动三者分别引起齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩，确定出齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；步骤3-3、根据步骤3-2中渐开线圆柱齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩，确定齿轮系统传动误差的累积分布函数；步骤3-4、根据企业所设定的渐开线圆柱齿轮系统传动误差允许范围，计算渐开线圆柱齿轮系统精度可靠度；步骤4、判断齿轮传动系统误差合格的数量是否满足企业要求，若是，则投入生产；否则，确定齿轮加I误差、齿轮内孔与轴的配合间隙、齿轮安装处轴的径向跳动三者中对齿轮传动系统影响最大的因素，并对该因素进行调节，返回执行步骤2，直至齿轮传动系统误差合格的数量满足企业要求，投入生产。步骤1-1所述的确定齿轮加工误差与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系；齿轮加工误差引起的齿轮系统传动误差公式如下:
权利要求
1.一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1、确定影响渐开线圆柱齿轮系统传动精度的主要误差因素及其与齿轮系统传动误差间的关系； 步骤1-1、确定齿轮加工误差与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系； 步骤1-2、确定齿轮内孔与轴的配合间隙与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系； 步骤1-3、确定齿轮安装处轴的径向跳动与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系； 步骤2、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮系统源误差的公差； 步骤2-1、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮切向综合误差的公差，确定齿轮加工误差的均值和方差； 步骤2-2、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮内孔与轴的配合间隙的公差，确定齿轮内孔与轴的配合间隙的均值和方差； 步骤2-3、通过国家标准查取或通过样本检测的方法获取齿轮安装处轴的径向跳动的公差，确定齿轮安装处轴的径向跳动的均值和方差； 步骤3、计算渐开线圆柱齿轮系统的传动精度可靠性； 步骤3-1、根据齿轮切向综合误差情况，确定由齿轮加工误差引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；根据齿轮内孔与轴的配合偏心情况，确定由齿轮内孔与轴的配合间隙引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；根据齿轮安装处轴偏心情况，确定由齿轮安装处轴的径向跳动引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩； 步骤3-2、根据步骤3-1中齿轮加工误差、齿轮内孔与轴的配合间隙和齿轮安装处轴的径向跳动三者分别引起齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩，确定出齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩； 步骤3-3、根据步骤3-2中渐开线圆柱齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩，确定齿轮系统传动误差的累积分布函数； 步骤3-4、根据企业所设定的渐开线圆柱齿轮系统传动误差允许范围，计算渐开线圆柱齿轮系统精度可靠度； 步骤4、判断齿轮传动系统误差合格的数量是否满足企业要求，若是，则投入生产；否则，确定齿轮加工误差、齿轮内孔与轴的配合间隙、齿轮安装处轴的径向跳动三者中对齿轮传动系统影响最大的因素，并对该因素进行调节，返回执行步骤2，直至齿轮传动系统误差合格的数量满足企业要求，投入生产。
2.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤1-1所述的确定齿轮加工误差与渐开线圆柱齿轮系统传动误差间的关系; 齿轮加工误差引起的齿轮系统传动误差公式如下:
3.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤3-1中所述的根据齿轮切向综合误差情况，确定由齿轮加工误差引起的齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩；其中， 均值计算公式如下:
4.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤3-2中所述的确定齿轮系统传动误差的均值、方差、三阶中心矩和四阶中心矩，公式如下:
5.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤3-3中所述的确定齿轮系统传动误差的累积分布函数，公式如下:.(I 1、
6.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤3-4中所述根据用户所设定的渐开线圆柱齿轮系统传动误差允许范围计算渐开线圆柱齿轮系统精度可靠度，公式如下: R=Fw ( e)-Fw(-e )(33) 其中，e为齿轮系统的允许误差，F111为所求得的齿轮系统输出误差W的累积分布函数。
7.根据权利要求1所述的一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，其特征在于:步骤4中所述确定齿轮加工误差、齿轮内孔与轴的配合间隙、齿轮安装处轴的径向跳动三者中对齿轮传动系统影响最大的因素， 对齿轮传动系统影响计算公式如下:
全文摘要
本发明一种渐开线圆柱齿轮系统传动精度可靠性确定与调控方法，属于机械产品设计技术领域，本发明依据国家标准，通过对齿轮系统原始误差进行检测，对渐开线圆柱齿轮系统的传动精度可靠性进行分析与调控，能够帮助企业预测齿轮系统的失效概率，制定合理的改进计划以提高产品的可靠性，从而达到节约成本、防止资源浪费和故障发生的目的。
文档编号F16H1/06GK103195869SQ20131010604
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月28日 优先权日2013年3月28日
发明者黄贤振, 张义民, 赵春雨, 李常有, 杨周, 吕春梅, 朱丽莎 申请人:东北大学