CN114492118B - 一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，属于机床加工参数调整方法技术领域；本发明在给定大轮、小轮齿坯几何参数和切齿刀具参数的基础上，通过优化调整大轮、小轮机床加工参数，改变大轮、小轮齿面形貌，以适应不同地区拖拉机主减速器载荷差异对齿面磨损的影响，提高准双曲面齿轮的使用寿命。优化过程结合齿轮机床加工参数计算、拖拉机牵引力测算、轮齿啮合分析和参数化啮合性能评价等步骤，采用遗传算法进行机床加工参数迭代寻优计算，最终得到满足预设啮合条件的种群个体，获得与之对应的大轮、小轮机床加工参数，加工得到的准双曲面齿轮能够较好地适应不同地区拖拉机主减速器的载荷工况，提高其使用寿命。

Description

一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法

技术领域

本发明涉及机床加工参数调整方法技术领域，特别是涉及一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法。

背景技术

准双曲面齿轮因具有减速比大、体积小、承载力高等优点，被广泛应用在交叉轴传动、大载荷的运载工具中，农用机械领域常用于拖拉机主减速器传动齿轮。我国幅员辽阔，华北、华中、华南地区耕层土壤的物理性质显著不同，对耕作机械产生的作业阻力具有明显差异。以拖拉机拖动耕耘机械为例，其切削土壤时工作能耗与土壤破碎程度成正相关，对于黏重而又板结的土壤，耕作阻力要比破碎砂性土壤大得多，耕作阻力直接决定拖拉机主减速器准双曲面齿轮的工作载荷。工程实践表明，对于同一型号的准双曲面齿轮，工作在较低载荷时，齿面啮合区通常集中在齿面中部至小端；高负载时，齿面接触区常位于齿面中部至大端。现阶段在生产拖拉机时，通常不考虑未来的使用地区和场合，主减速器均采用同一加工参数得到的准双曲面齿轮，齿面形貌完全相同，且行业内在设计准双曲面齿轮副时通常将大轮、小轮理想啮合印痕位置均设计在齿面中部，由此必将导致工作在不同地区的拖拉机主减速器准双曲面齿轮齿面实际啮合位置偏离设计时的理想啮合位置，从而导致不同位置的磨损程度大不相同，影响其使用寿命。

公开号为CN106369139A的发明专利中公开了“一种满足高次传动误差的准双曲面齿轮加工参数获取方法”，其采用的是预设高次传动误差曲线的方法来计算小轮齿面继而获得机床加工参数，该方法计算和调整小轮机床加工参数的目的是降低准双曲面齿轮啮合时的传动误差。公开号为CN109993464B的发明专利中公开了一种“降低准双曲面齿轮安装误差敏感度的加工参数优化方法”，其通过优化调整准双曲面齿轮副中小轮加工参数，降低准双曲面齿轮副啮合性能对安装误差的敏感度。上述两项发明专利均未涉及根据准双曲面齿轮副的实际负载力矩，调整大轮、小轮的加工参数，实现对不同载荷工况下齿面啮合印痕位置的调整，鉴于此，本发明提出了一种用于提高不同地区拖拉机主减速器准双曲面齿轮使用寿命的加工参数调整方法。

发明内容

本发明的目的在是为了提高不同地区拖拉机主减速器准双曲面齿轮的使用寿命而提出的一种机床加工参数调整方法，通过采用计算机虚拟加工和轮齿啮合仿真，避免反复进行试切试验和滚动检查试验，降低试制成本；将机床加工参数选择问题转化为啮合印痕特征评价和调整问题进行求解，方便设计、加工人员直接调控啮合印痕特征，简化操作。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，具体包括以下步骤：

S1、根据具体型号拖拉机主减速器准双曲面齿轮的设计要求，选定大轮、小轮齿坯几何参数和切齿刀具尺寸参数，针对切齿机床具体采用的齿制加工方法，根据相应加工原理分别计算大轮、小轮机床加工参数，并以计算获得的大轮、小轮机床加工参数作为机床调整的初始参数；

S2、根据S1中所得的大轮、小轮齿坯几何参数、切齿刀具尺寸参数和机床加工初始参数，基于相应齿制加工原理建立大轮、小轮齿面方程，按照设计的齿轮副偏置距离，对所述大轮、小轮齿面方程进行虚拟装配，获得装配后啮合坐标系下的大轮、小轮齿面啮合方程；

S3、基于S2中所获取的齿面啮合方程，通过计算机对其进行轮齿啮合分析，获得基于S1中机床加工初始参数而获得的大轮、小轮齿面啮合印痕；

S4、根据实验型号拖拉机田间牵引试验、室内土槽试验测量结果、当地土壤物理参数中一项或多项进行计算，得到该型号拖拉机在不同地区作业时的牵引力，选定各个地区最常工作的牵引力值作为该型号拖拉机在该地区工作时的牵引力常值；

S5、结合S4中所获取的实验型号拖拉机在不同地区的牵引力常值，按照实验型号拖拉机传动系统中各部件传动比计算得到该型号拖拉机在不同地区牵引力常值工况下的大轮负载力矩；

S6、再次根据S2中所建立的大轮、小轮齿面啮合方程，计算大轮、小轮齿面离散点云，得到离散点云的三维坐标，将所得的离散点云三维坐标倒导入三维设计软件，采用曲线、曲面拟合的方法建立大轮、小轮三维实体模型；

S7、将S6中所得的大轮、小轮三维实体模型导入有限元建模和仿真软件，通过有限元承载啮合分析获得大轮、小轮在S5中所述不同地区大轮负载力矩载荷下的齿面啮合印痕；

S8、将S7中所得的齿面啮合印痕的位置、大小和形状作为调整的目标特征，确定参数化评价啮合印痕特征的评价参数，所述评价参数包括：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cg、啮合印痕形心位置横坐标x_cg、啮合印痕形心位置纵坐标y_cg、啮合印痕方向角γ_cg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cp、啮合印痕形心位置横坐标x_cp、啮合印痕形心位置纵坐标y_cp和啮合印痕方向角γ_cp；

S9、分别针对步骤S7中有限元承载啮合分析得到的各地区牵引力常值对应的负载力矩的大轮、小轮齿面啮合印痕；

S10、计算S8中所得到的不同地区负载力矩下啮合印痕评价参数，并将各地区大轮、小轮啮合印痕的一组评价参数值作为该地区的目标值{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}，建立评价指标目标函数并确定评价指标的优化精度；

S11、根据所述S2～S3中大轮、小轮计算机轮齿啮合分析步骤，采用遗传算法对所述评价指标目标函数进行寻优计算，所述寻优计算的过程中，以大轮、小轮的机床加工参数为迭代变量；

S12、根据所述S1中所得的初始机床加工参数初始化数遗传算法种群，将种群中个体数设定为N，算法迭代次数设定为M；对所述种群中每个个体代表的大轮、小轮机床加工参数根据相应的齿制加工原理建立本代N对大轮、小轮齿面方程；

S13、将S12中所得的本代大轮、小轮齿面方程进行计算机轮齿啮合分析，得到用于评价大轮、小轮齿面啮合印痕的N组评价指标值；进一步将所述N组评价指标值利用S10中所得的评价指标目标函数计算获得本代所有个体评价指标目标函数值；

S14、采用遗传算法不断迭代计算，最终得到使评价指标目标函数值Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)等于各指标优化精度之和的优化个体，则判断达到优化精度，迭代停止；

S15、将各地区牵引力常值对应的大轮负载转矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕的一组评价参数值作为该地区啮合印痕评价的目标值，分别执行S9～S14中的遗传算法迭代优化过程，获得满足各地区牵引力常值对应负载力矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕特征的大轮、小轮机床加工参数，即为各地区大轮、小轮优化调整后的机床加工参数；

S16、采用所述S15中得到的调整后的机床加工参数加工得到的大轮、小轮按照设定的齿轮副相对位置进行装配后，齿面理论啮合印痕与牵引力常值对应负载力矩载荷下的齿面啮合区域相同。

优选地，所述S1中提到的大轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mg、床位ΔX_Bg、水平轮位ΔX_Dg、垂直轮位ΔE_mg、径向刀位S_rg、角向刀位q_g、刀倾角i_g、刀转角j_g和切削滚比m_cg；

所述S1中提到的小轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mp、床位ΔX_Bp、水平轮位ΔX_Dp、垂直轮位ΔE_mp、径向刀位S_rp、角向刀位q_p、刀倾角i_p、刀转角j_p和切削滚比m_cp。

优选地，所述S10中提到的评价指标目标函数由式(1)所表征：

Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)为评价指标目标函数值，是指求取函数最小值。

优选地，所述S8、S10中提到的评价参数{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}分别由式(2)～(9)所表征：

式(2)～(9)中，n表示在计算机轮齿啮合分析时齿面啮合印痕的左侧边线、右侧边线和印痕中线均被离散成的点的个数；A_g、B_g、C_g、A_p、B_p、C_p为中间变量，且 分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值，g＝1,2,…,n-1；分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值。/>分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值，p＝1,2,…,n-1；/> 分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值。

优选地，所述S10中提到的啮合印痕评价参数目标值具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cg_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cg_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cg_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cg_opt}；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cp_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cp_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cp_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cp_opt}。

优选地，所述S10中提到的优化精度具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scg、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcg、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycg、啮合印痕方向角优化精度ε_γcg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scp、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcp、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycp、啮合印痕方向角优化精度ε_γcp。

与现有技术相比，本发明提供了一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，具备以下有益效果：

(1)本发明所提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法可根据具体型号拖拉机在不同地区负载力矩平均水平，通过调整准双曲面齿轮加工参数，调控齿面形貌，将大轮、小轮在设计时的理论啮合位置调整至各地区最常工作的负载力矩下对应的接触区位置，从而使工作载荷下的实际接触区与理想接触区重合，提高齿轮副使用寿命。

(2)本发明方法中通过齿面啮合印痕体现齿轮副的啮合特征，通过调整优化目标值S_{cg_opt}、x_{cg_opt}、y_{cg_opt}、γ_{cg_opt}、S_{cp_opt}、x_{cp_opt}、y_{cp_opt}、γ_{cp_opt}，可对大轮、小轮齿面预期啮合印痕特征实时进行调整。例如，根据观察到的优化结果实时调整大轮、小轮啮合印痕方向角优化目标值γ_{cg_opt}、γ_{cp_opt}，适当范围内减小啮合印痕方向角可降低啮合时的振动噪声，并且提高齿轮副的承载能力。

(3)本发明方法的执行不依赖于齿轮设计和加工人员的机床加工参数调整经验，针对设定的优化目标值S_{cg_opt}、x_{cg_opt}、y_{cg_opt}、γ_{cg_opt}、S_{cp_opt}、x_{cp_opt}、y_{cp_opt}、γ_{cp_opt}，通过遗传算法迭代计算，即可获得达到啮合印痕评价指标目标值的大轮、小轮机床加工参数，方法操作简单，便于推广应用。

附图说明

图1为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的方法流程示意图；

图2为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中待优化的大轮、小轮机床加工参数示意图；

图3为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中承载工况下的大轮、小轮齿面啮合印痕图；

图4为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中优化前大轮、小轮齿面啮合印痕示意图；

图5为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中优化后大轮、小轮齿面啮合印痕示意图；

图6为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中齿面啮合印痕参数化表示示意图；

图7为本发明提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法的实施例2中遗传算法迭代过程各代种群个体评价指标目标函数值曲线图。

图中标号说明：

1、摇台转速；2、角向刀位；3、径向刀位；4、刀转角；5、刀倾角；6、刀盘转速；7、垂直轮位；8、齿坯转速；9、水平轮位；10、机床安装根锥角；11、床位；12、齿顶线；13、小端边线；14、有效齿根线；15、实际齿根线；16、大端边线；17、大轮齿面啮合印痕；18、小轮齿面啮合印痕；19、种群中最优个体评价指标目标函数值；20、种群中所有个体评价指标目标函数平均值。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：

请参阅图1，一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，是指：给定大轮、小轮齿坯几何参数、切齿刀具尺寸参数，计算大轮、小轮初始机床加工参数。根据具体型号拖拉机主减速器在不同地区工作时的实际载荷和准双曲面齿轮实际工况下的齿面接触区位置，调整大轮、小轮机床加工参数，使加工得到的大轮、小轮啮合印痕位于不同地区实际工况下的齿面接触区，以达到提高拖拉机主减速器准双曲面齿轮使用寿命的目标，包括有以下步骤：

S1、根据具体型号拖拉机主减速器准双曲面齿轮的设计要求，选定大轮、小轮齿坯几何参数和切齿刀具尺寸参数，针对切齿机床具体采用的齿制加工方法，根据相应加工原理(如格里森制)分别计算大轮、小轮机床加工参数，并以计算获得的大轮、小轮机床加工参数作为机床调整的初始参数；

所述S1中提到的大轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mg、床位ΔX_Bg、水平轮位ΔX_Dg、垂直轮位ΔE_mg、径向刀位S_rg、角向刀位q_g、刀倾角i_g、刀转角j_g和切削滚比m_cg；

所述S1中提到的小轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mp、床位ΔX_Bp、水平轮位ΔX_Dp、垂直轮位ΔE_mp、径向刀位S_rp、角向刀位q_p、刀倾角i_p、刀转角j_p和切削滚比m_cp；

S2、根据S1中所得的大轮、小轮齿坯几何参数、切齿刀具尺寸参数和机床加工初始参数，基于相应齿制加工原理建立大轮、小轮齿面方程，按照设计的齿轮副偏置距离，对所述大轮、小轮齿面方程进行虚拟装配，获得装配后啮合坐标系下的大轮、小轮齿面啮合方程；

S3、基于S2中所获取的齿面啮合方程，通过计算机对其进行轮齿啮合分析，获得基于S1中机床加工初始参数而获得的大轮、小轮齿面啮合印痕；

虚拟装配是指按照齿轮副预先设定的偏置距离，根据笛卡尔坐标系右手定则，采用坐标变换的方法将大轮齿面方程、小轮齿面方程装配至啮合坐标系中；原大、小轮齿坯坐标系原点位于啮合坐标系原点，大轮原轴线X轴方向平行于啮合坐标系Y轴，小轮轴线X轴方向沿啮合坐标系X轴，大、小轮轴线距离为偏置距离；并将大轮齿面方程、小轮齿面方程分别旋转一定角度，使啮合坐标系下大、小轮齿面在计算参考点处的径矢相等，且计算参考点处的啮合传动比等于齿轮副设计时的理论传动比；

S4、根据实验型号拖拉机田间牵引试验、室内土槽试验测量结果、当地土壤物理参数(含水率、密度、剪切模量等)中一项或多项进行计算，得到该型号拖拉机在不同地区作业时的牵引力，选定各个地区最常工作的牵引力值作为该型号拖拉机在该地区工作时的牵引力常值；

S5、结合S4中所获取的实验型号拖拉机在不同地区的牵引力常值，按照实验型号拖拉机传动系统中各部件传动比计算得到该型号拖拉机在不同地区牵引力常值工况下的大轮负载力矩；

S6、再次根据S2中所建立的大轮、小轮齿面啮合方程，计算大轮、小轮齿面离散点云，得到离散点云的三维坐标，将所得的离散点云三维坐标倒导入三维设计软件(如UG、CATIA、ProE、SolidWorks等)，采用曲线、曲面拟合的方法建立大轮、小轮三维实体模型；

S7、将S6中所得的大轮、小轮三维实体模型导入有限元建模和仿真软件(如ABAQUS、ANSYS等)，通过有限元承载啮合分析获得大轮、小轮在S5中所述不同地区大轮负载力矩载荷下的齿面啮合印痕；

S8、将S7中所得的齿面啮合印痕的位置、大小和形状作为调整的目标特征，确定参数化评价啮合印痕特征的评价参数，所述评价参数包括：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cg、啮合印痕形心位置横坐标x_cg、啮合印痕形心位置纵坐标y_cg、啮合印痕方向角γ_cg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cp、啮合印痕形心位置横坐标x_cp、啮合印痕形心位置纵坐标y_cp和啮合印痕方向角γ_cp；

S9、分别针对步骤S7中有限元承载啮合分析得到的各地区牵引力常值对应的负载力矩的大轮、小轮齿面啮合印痕；

S10、计算S8中所得到的不同地区负载力矩下啮合印痕评价参数，并将各地区大轮、小轮啮合印痕的一组评价参数值作为该地区的目标值{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}，建立评价指标目标函数并确定评价指标的优化精度；

所述S10中提到的评价指标目标函数由式(1)所表征：

Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)为评价指标目标函数值，是指求取函数最小值。

评价参数{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}分别由式(2)～(9)所表征：

式(2)～(9)中，n表示在计算机轮齿啮合分析时齿面啮合印痕的左侧边线、右侧边线和印痕中线均被离散成的点的个数；A_g、B_g、C_g、A_p、B_p、C_p为中间变量，且 分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值，g＝1,2,…,n-1；分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值。/>分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值，p＝1,2,…,n-1；/> 分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；

所述S10中提到的啮合印痕评价参数目标值具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cg_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cg_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cg_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cg_opt}；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cp_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cp_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cp_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cp_opt}；

所述S10中提到的优化精度具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scg、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcg、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycg、啮合印痕方向角优化精度ε_γcg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scp、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcp、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycp、啮合印痕方向角优化精度ε_γcp；

S11、根据所述S2～S3中大轮、小轮计算机轮齿啮合分析步骤，采用遗传算法对所述评价指标目标函数进行寻优计算，所述寻优计算的过程中，以大轮、小轮的机床加工参数为迭代变量；

S12、根据所述S1中所得的初始机床加工参数初始化数遗传算法种群，将种群中个体数设定为N，算法迭代次数设定为M；对所述种群中每个个体代表的大轮、小轮机床加工参数根据相应的齿制加工原理建立本代N对大轮、小轮齿面方程；

S13、将S12中所得的本代大轮、小轮齿面方程进行计算机轮齿啮合分析，得到用于评价大轮、小轮齿面啮合印痕的N组评价指标值；进一步将所述N组评价指标值利用S10中所得的评价指标目标函数计算获得本代所有个体评价指标目标函数值；

S14、采用遗传算法不断迭代计算，最终得到使评价指标目标函数值Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)等于各指标优化精度之和的优化个体，则判断达到优化精度，迭代停止；

S15、将各地区牵引力常值对应的大轮负载转矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕的一组评价参数值作为该地区啮合印痕评价的目标值，分别执行S9～S14中的遗传算法迭代优化过程，获得满足各地区牵引力常值对应负载力矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕特征的大轮、小轮机床加工参数，即为各地区大轮、小轮优化调整后的机床加工参数；

S16、采用所述S15中得到的调整后的机床加工参数加工得到的大轮、小轮按照设定的齿轮副相对位置进行装配后，齿面理论啮合印痕与牵引力常值对应负载力矩载荷下的齿面啮合区域相同。

本发明所提出的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法可根据具体型号拖拉机在不同地区负载力矩平均水平，通过调整准双曲面齿轮加工参数，调控齿面形貌，将大轮、小轮在设计时的理论啮合位置调整至各地区最常工作的负载力矩下对应的接触区位置，从而使工作载荷下的实际接触区与理想接触区重合，提高齿轮副使用寿命；同时，本发明方法中通过齿面啮合印痕体现齿轮副的啮合特征，通过调整优化目标值S_{cg_opt}、x_{cg_opt}、y_{cg_opt}、γ_{cg_opt}、S_{cp_opt}、x_{cp_opt}、y_{cp_opt}、γ_{cp_opt}，可对大轮、小轮齿面预期啮合印痕特征实时进行调整。例如，根据观察到的优化结果实时调整大轮、小轮啮合印痕方向角优化目标值γ_{cg_opt}、γ_{cp_opt}，适当范围内减小啮合印痕方向角可降低啮合时的振动噪声，并且提高齿轮副的承载能力；更进一步的，本发明方法的执行不依赖于齿轮设计和加工人员的机床加工参数调整经验，针对设定的优化目标值S_{cg_opt}、x_{cg_opt}、y_{cg_opt}、γ_{cg_opt}、S_{cp_opt}、x_{cp_opt}、y_{cp_opt}、γ_{cp_opt}，通过遗传算法迭代计算，即可获得达到啮合印痕评价指标目标值的大轮、小轮机床加工参数，方法操作简单，便于推广应用。

实施例2：

请参阅图1-7，基于实施例1但有所不同之处在于，

以某型号拖拉机主减速器的一对准双曲面齿轮副为例，大轮齿数为7，小轮齿数为36，小轮下偏置，偏置距为38mm，基本几何参数见表1，采用格里森齿制机床加工。以大轮负载500N·m扭矩为常用载荷工况，大轮、小轮工作齿面承载啮合印痕见图3，大轮、小轮初始机床加工参数和调整后的机床加工参数分别见表2、表3。

表1.准双曲面齿轮副几何参数

表2.优化前、后大轮加工参数

表3.优化前、后小轮加工参数

表2、表3中，包括机床安装根锥角、水平轮位、床位、垂直轮位、径向刀位、角向刀位、刀倾角、刀转角和切削滚比值共9个参数为调整参数。

图2为待优化的小轮机床加工参数示意图，包括角向刀位2、径向刀位3、刀转角4、刀倾角5、垂直轮位7、水平轮位9、机床安装根锥角10、床位11，以及摇台转速1、刀盘转速6和齿坯转速8。图3示出了大轮负载500N·m扭矩工况下的大轮齿面承载啮合印痕(如图3中(a)图所示)和小轮齿面承载啮合印痕(如图3中(b)图所示)。

优化调整前的大轮、小轮齿面无载啮合印痕如图4所示，图4中(a)图为大轮齿面啮合印痕，图4中(b)图为小轮齿面啮合印痕，由图4可以看出优化调整前，大轮、小轮齿面无载啮合印痕均位于齿面中部；根据图3所示的大轮、小轮常用载荷工况下的承载啮合印痕进行加工参数调整，优化调整后的大轮、小轮齿面无载啮合印痕如图5所示，图5中(a)图为大轮齿面啮合印痕，图5中(b)图为小轮齿面啮合印痕，由图5可以看出优化调整后，大轮、小轮齿面无载啮合印痕均向齿轮大端与小端延伸，分布面积的增大可将齿轮啮合力较为均匀的分散在齿面上，有利于提高齿轮副使用寿命和承载能力，并抑制系统的振动噪声。齿面啮合印痕的参数化表示方法如图6所示，包括了印痕形心位置、印痕方向角和面积。遗传算法迭代计算的各代种群个体评价指标目标函数值曲线如图7所示，图7中包括种群中最优个体评价指标目标函数值19和种群中所有个体评价指标目标函数平均值20，经过80次迭代计算最优个体目标函数值即可收敛于预设值，证明采用的遗传算法可行且高效。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1、根据具体型号拖拉机主减速器准双曲面齿轮的设计要求，选定大轮、小轮齿坯几何参数和切齿刀具尺寸参数，针对切齿机床具体采用的齿制加工方法，根据相应加工原理分别计算大轮、小轮机床加工参数，并以计算获得的大轮、小轮机床加工参数作为机床调整的初始参数；

S2、根据S1中所得的大轮、小轮齿坯几何参数、切齿刀具尺寸参数和机床加工初始参数，基于相应齿制加工原理建立大轮、小轮齿面方程，按照设计的齿轮副偏置距离，对所述大轮、小轮齿面方程进行虚拟装配，获得装配后啮合坐标系下的大轮、小轮齿面啮合方程；

S3、基于S2中所获取的齿面啮合方程，通过计算机对其进行轮齿啮合分析，获得基于S1中机床加工初始参数而获得的大轮、小轮齿面啮合印痕；

S4、根据实验型号拖拉机田间牵引试验、室内土槽试验测量结果、当地土壤物理参数中一项或多项进行计算，得到该型号拖拉机在不同地区作业时的牵引力，选定各个地区最常工作的牵引力值作为该型号拖拉机在该地区工作时的牵引力常值；

S5、结合S4中所获取的实验型号拖拉机在不同地区的牵引力常值，按照实验型号拖拉机传动系统中各部件传动比计算得到该型号拖拉机在不同地区牵引力常值工况下的大轮负载力矩；

S6、再次根据S2中所建立的大轮、小轮齿面啮合方程，计算大轮、小轮齿面离散点云，得到离散点云的三维坐标，将所得的离散点云三维坐标倒导入三维设计软件，采用曲线、曲面拟合的方法建立大轮、小轮三维实体模型；

S7、将S6中所得的大轮、小轮三维实体模型导入有限元建模和仿真软件，通过有限元承载啮合分析获得大轮、小轮在S5中所述不同地区大轮负载力矩载荷下的齿面啮合印痕；

S8、将S7中所得的齿面啮合印痕的位置、大小和形状作为调整的目标特征，确定参数化评价啮合印痕特征的评价参数，所述评价参数包括：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cg、啮合印痕形心位置横坐标x_cg、啮合印痕形心位置纵坐标y_cg、啮合印痕方向角γ_cg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积S_cp、啮合印痕形心位置横坐标x_cp、啮合印痕形心位置纵坐标y_cp和啮合印痕方向角γ_cp；

S9、分别针对步骤S7中有限元承载啮合分析得到的各地区牵引力常值对应的负载力矩的大轮、小轮齿面啮合印痕；

S10、计算S8中所得到的不同地区负载力矩下啮合印痕评价参数，并将各地区大轮、小轮啮合印痕的一组评价参数值作为该地区的目标值{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}，建立评价指标目标函数并确定评价指标的优化精度；

S11、根据所述S2～S3中大轮、小轮计算机轮齿啮合分析步骤，采用遗传算法对所述评价指标目标函数进行寻优计算，所述寻优计算的过程中，以大轮、小轮的机床加工参数为迭代变量；

S12、根据所述S1中所得的初始机床加工参数初始化数遗传算法种群，将种群中个体数设定为N，算法迭代次数设定为M；对所述种群中每个个体代表的大轮、小轮机床加工参数根据相应的齿制加工原理建立本代N对大轮、小轮齿面方程；

S13、将S12中所得的本代大轮、小轮齿面方程进行计算机轮齿啮合分析，得到用于评价大轮、小轮齿面啮合印痕的N组评价指标值；进一步将所述N组评价指标值利用S10中所得的评价指标目标函数计算获得本代所有个体评价指标目标函数值；

S14、采用遗传算法不断迭代计算，最终得到使评价指标目标函数值Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)等于各指标优化精度之和的优化个体，则判断达到优化精度，迭代停止；

S15、将各地区牵引力常值对应的大轮负载转矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕的一组评价参数值作为该地区啮合印痕评价的目标值，分别执行S9～S14中的遗传算法迭代优化过程，获得满足各地区牵引力常值对应负载力矩下的大轮、小轮齿面啮合印痕特征的大轮、小轮机床加工参数，即为各地区大轮、小轮优化调整后的机床加工参数；

S16、采用所述S15中得到的调整后的机床加工参数加工得到的大轮、小轮按照设定的齿轮副相对位置进行装配后，齿面理论啮合印痕与牵引力常值对应负载力矩载荷下的齿面啮合区域相同。

2.根据权利要求1所述的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，所述S1中提到的大轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mg、床位ΔX_Bg、水平轮位ΔX_Dg、垂直轮位ΔE_mg、径向刀位S_rg、角向刀位q_g、刀倾角i_g、刀转角j_g和切削滚比m_cg；

所述S1中提到的小轮加工参数包括有：机床安装根锥角γ_mp、床位ΔX_Bp、水平轮位ΔX_Dp、垂直轮位ΔE_mp、径向刀位S_rp、角向刀位q_p、刀倾角i_p、刀转角j_p和切削滚比m_cp。

3.根据权利要求2所述的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，所述S10中提到的评价指标目标函数由式(1)所表征：

Min f(S_cg,x_cg,y_cg,γ_cg,S_cp,x_cp,y_cp,γ_cp)为评价指标目标函数值，是指求取函数最小值。

4.根据权利要求1所述的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，所述S8、S10中提到的评价参数{S_cg，x_cg，y_cg，γ_cg，S_cp，x_cp，y_cp，γ_cp}分别由式(2)～(9)所表征：

式(2)～(9)中，n表示在计算机轮齿啮合分析时齿面啮合印痕的左侧边线、右侧边线和印痕中线均被离散成的点的个数；A_g、B_g、C_g、A_p、B_p、C_p为中间变量，且 分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值，g＝1,2,…,n-1；分别表示大轮啮合印痕左侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕右侧边线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示大轮啮合印痕中线上第g+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值，p＝1,2,…,n-1；/> 分别表示小轮啮合印痕左侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕右侧边线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p个点的横坐标值、纵坐标值；/>分别表示小轮啮合印痕中线上第p+1个点的横坐标值、纵坐标值。

5.根据权利要求1所述的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，所述S10中提到的啮合印痕评价参数目标值具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cg_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cg_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cg_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cg_opt}；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积目标值S_{cp_opt}、啮合印痕形心位置横坐标目标值x_{cp_opt}、啮合印痕形心位置纵坐标目标值y_{cp_opt}、啮合印痕方向角目标值γ_{cp_opt}。

6.根据权利要求1所述的一种拖拉机主减速器准双曲面齿轮的加工参数调整方法，其特征在于，所述S10中提到的优化精度具体是指：大轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scg、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcg、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycg、啮合印痕方向角优化精度ε_γcg；小轮轴截面坐标系中啮合印痕面积优化精度ε_scp、啮合印痕形心位置横坐标优化精度ε_xcp、啮合印痕形心位置纵坐标优化精度ε_ycp、啮合印痕方向角优化精度ε_γcp。