用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
农业装备与车辆工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT & VEHICLE ENGINEERING
2019 年 5 月 May 2019
doi:10.3969/j.issn.1673-3142.2019.05.025
基于Romax Design的车用减速器齿轮修形与接触分析
谢坤琪，张开元，刘欣荣
（200082 上海市 上海理工大学 机械工程学院）
[ 摘要 ] 目前减速器大多存在齿轮磨损、振动冲击、噪音大等问题，齿轮修形被认为是可以解决此类问题
的有效技术。针对上述问题，利用 RomaxDesign 软件，以齿轮修形理论为基础，对修形前后的齿轮进行
传递误差分析、齿轮接触分析、齿根应力分析并进行了优化。结果显示，优化后齿轮传动时会更加平稳，
图 1 齿轮箱局部示意图 Fig.1 Part schematic of gearbox
0 引言
减速器是车辆动力传递的核心部件，影响着 汽车动力传递的效率以及动力传递的平稳性。齿 轮作为减速器的关键部件，其质量以及传递效率 直接作用于减速器，若加工质量或装配公差不达 标，则会在工作中产生啮合冲击、齿轮偏载现象， 引起剧烈振动和噪音，影响承载性能。目前，齿 轮修形 [1] 作为改善齿轮性能的一种方法已经得到 国内外一致认同，合理地修形可以提高齿轮的传 递性能，延长齿轮的使用寿命 [2]。
收稿日期 : 2018-04-17 修回日期 : 2018-05-03
三要素包括：最大修形量、修形曲线、修形长度，
且需要考虑主从动轮彼此之间的分配关系。齿廓
修形最关键的部分就是修形量的选取 [4]。本文采
用齿轮手册 [5] 所推荐的公式
romax 齿面微观分析介绍
T: +44 (0)115 951 8800 F: +44 (0)115 951 8801 E: info@
点击 Update Graph 查看变 化
点击 OK 确认 并返回
如何应用 RomaxDesigner 进行 微观几何分析
回到 Micro Geometry 窗口，选择菜单 Analysis -> Edit Analysis Case…
在弹出的窗口中，在下
拉框中选择一个工况。 然后选择 Link to Case， 接着点击 Accept.
齿轮微观几何分析的内容和意义
• 齿轮几何微观分析是在微米(um)的量级上进行的。由于设计公差，生产 误差，装配误差以及系统变形，实际工作中的齿轮副无法按照理想的 情况啮合。因此会产生一系列的问题，例如高接触应力和高传动误差 (TE)。
• 与其大量增加投资以获得极小齿轮质量提高，齿轮微观修形是一个实 际而有效的方法。它弥补了以上提到的那些公差或者误差以得到较理 想的齿轮啮合质量。
• 磨齿和剃齿都可以用于齿轮微观修型。这不需要大量增加设备投资， 同时可以显著提高齿轮啮合质量，以致提高最终产品质量。
Copyright 2007 Romax Technology Ltd.
微观几何分析的意义
齿轮微观几何分析的内容和意义
齿向修形 • 齿顶和齿根修缘 • 齿向斜度 • 齿向鼓形
齿廓修形 • 齿顶和齿根修缘 • 齿廓斜度 • 齿廓鼓形
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add Newassemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
基于Romax的变速箱建模及模态分析
基于Romax的变速箱建模及模态分析Romax是著名的机械设计软件，该软件可以用来进行机械系统的建模、仿真和分析，其中包括变速箱的建模及模态分析。
本文将详细介绍Romax的变速箱建模及模态分析流程。
一、变速箱建模在Romax中，变速箱的建模分为三个步骤：建立齿轮、建立轴承和连接齿轮。
1.建立齿轮首先，需要选择相应的齿轮进行建模，可以根据实际情况选择不同类型的齿轮。
进入Romax Gear模块，选择“New Gear”，然后从“Model Library”中选择相应的齿轮。
通常情况下需要填写参数，例如模数、齿轮宽度等，以确保齿轮的正确性。
2.建立轴承建立完齿轮之后，需要对其进行支撑。
在Romax Bearing模块中选择“New Bearing”，然后选择合适的轴承类型，如球轴承、滚子轴承等。
填写相应的参数后，可以将轴承放置在相应的位置上。
3.连接齿轮在将齿轮连接起来之前，需要在Romax Gears模块中选择“New Shaft Assembly”，然后选择正确的轴承类型。
然后在“New Gear”中选择齿轮并放置到相应的位置上，最后将齿轮进行连接。
二、模态分析在建立完变速箱的三维模型之后，就可以进入模态分析。
Romax使用有限元方法来预测变速箱的固有频率和固有振型，以便确定变速箱的可靠性和稳定性。
1.建立模态分析模型模态分析模型需要包括整个变速箱的结构，包括轴、齿轮、轴承、支撑等所有部分。
在Romax中，可以使用“Create New Model”来建立模态分析模型。
在建立模型时需要将齿轮和轴承等等加入到模型中。
2.设置分析参数确定好模态分析模型之后，需要设置一些分析参数，如边界条件、网格密度、模型尺寸和接触范围等等。
设置完这些参数后，可以使用FEA技术进行模态分析。
3.模态分析结果模态分析结果可以得到变速箱的固有频率和固有振型，这些结果可以用来判断变速箱的稳定性和可靠性。
同时，也可以进一步优化设计，以提高变速箱的实际性能。
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New assemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
romax软件应用——齿轮箱振动分析
摘要齿轮箱作为风电机组中最重要的传动部件,负责将风轮叶片的低转速转换为发电机所需要的高转速，实现能量与扭矩的高效传输；振动是风电机组齿轮箱故障失效的主要原因，随着机组容量的增加, 长期处于恶劣条件下的齿轮箱，由于结构体积的增大和弹性增加，更易引发振动问题。
本文主要研究齿轮箱在变速变载下的振动特性，基于Romax软件建立齿轮箱的振动模型，分析齿轮箱各级齿轮的啮合频率和固有频率。
本文研究内容可为风电机组齿轮箱的优化设计、故障、预防和处理提供技术基础。
关键词: 齿轮箱,固有频率,啮合频率,共振,RomaxABSTRACTGear box is the most transmission Parts in the Wind turbine,it is responsible for the low-speed wind turbine blade into the high-speed generator required to achieve the efficient transmission of energy and torque.Vibration is the main reason of wind turbine gear box failure , along with the increase of unit capacity, long-term adverse conditions in the gear box, due to the increase of the structure and flexibility to increase volume, caused more vibration problems.This paper mainly research gear box's vibration characteristics in the speed change, established gearbox vibration model based on Romax software,analysis of gearbox gear mesh frequency and levels of natural frequency.The contents of this paper provide wind turbine gearbox optimized design, failure for technical basis for the prevention and treatment.Key words : Gear Box , Natural frequency , Meshing frequency, Resonance, Romax目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题背景和意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.3本文工作 (3)1.4本章小结 (3)第2章风电机组齿轮箱力学特点 (4)2.1 前言 (4)2.2 风电机组齿轮箱机械结构 (4)2.3 风电机组齿轮箱外部载荷 (5)2.4 风电机组齿轮箱内部激励 (6)2.5 齿轮箱振动机理 (6)2.6 机械振动系统 (8)2.7本章小结 (10)第3章基于romax的风电齿轮箱建模 (11)3.1世界各地对romax的应用 (11)3.2 Romax软件介绍 (11)3.3 Romax建模 (12)3.4本章小结 (17)第4章固有频率和啮合频率分析 (18)4.1传动比及啮合频率计算 (18)4.2固有频率和啮合频率分析比较 (21)4.3本章小结 (22)第5章结论和展望 (23)5.1结论 (23)5.2展望 (23)参考文献 (24)致谢 (25)第1章绪论1.1 选题背景和意义在人类越来越渴望清洁能源和环保能源的大时代背景下，风电作为一种新兴的清洁能源，受到全世界人类的广泛关注。
用romax软件进行齿轮强度分析报告及齿形优化流程
用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程（吕浚潮）目录1.建立流程目的2.用romax软件建模过程3.强度分析过程4.齿轮优化过程4.1 齿向优化4.2 齿廓优化5.结论1.建立流程目的用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add Newassemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮选择轴承界面图2.4 增加轴承界面(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置图2.5 设置轴承位置截面(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件图2.6(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式图2.7 齿轮参数选择界面(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
Romax软件在行星齿轮机构中的应用
Romax软件在行星齿轮机构中的应用摘要本文介绍了四档拉维娜行星齿轮机构换挡工作规律和速比计算。
在Romax软件中建立四档拉维娜行星齿轮机构的虚拟样机模型，仿真分析得到了拉威娜齿轮机构各档的输出转速，与理论计算值完全吻合，传动比的一致性也同时得到验证。
关键词拉维娜行星齿轮机构；传动比；Romax行星齿轮机构广泛应用于车辆的自动变速器中，其速比计算是自动变速器设计的重要内容。
以四档拉维娜行星齿轮机构为例，利用Romax软件建立虚拟样机模型，通过仿真分析，在验证模型参数及结构正确性的同时可以方便求得齿轮机构各档的输出转速与传动比，提高设计效率。
1 拉维娜行星齿轮机构简述图1所示为拉维娜行星齿轮机构。
该行星齿轮机构由一个单行星轮式后行星排和一个双行星轮式前行星排组合而成。
前行星排太阳轮可以被离合器C1带为主动；后行星排太阳轮可以被离合器C2带为主动，也可以被制动器B1制动；共用行星架可以被离合器C3带为主动，也可以被制动器B2制动。
该机构取消了后齿圈，前、后行星排共用行星架，简化了行星齿轮机构。
工作时每个档位为了得到确定的运动和速比，需要结合两个离合器或制动器来实现。
结构紧凑、轴向尺寸小、转速较低。
既可用于前桥驱动车辆，也可用于后桥驱动车辆。
注：1-后排太阳轮；2-后排行星轮；3-前排外行星轮；4-前排太阳轮；5-前排内行星轮；6-共用行星架；7-前排内齿圈C1.前排太阳轮离合器C2.后排太阳轮离合器C3.共用行星架离合器B1.后排太阳轮制动器B2.共用行星架制动器2 拉威娜行星齿轮机构换挡工作规律、传动比2.1 换挡工作规律拉维娜行星齿轮机构各档工作规律如表2所示。
1档、2档为减速前进档，3档为直接档，4档为超速档。
与三档拉维娜行星轮系机构相比，四档拉维娜行星齿轮机构多了共用行星架离合器C3，因此可以比三档拉维娜行星齿轮机构多一档，即4档（超速档）。
在三档拉维娜行星齿轮机构中，3档（直接档）的实现是通过接合离合器C1、C2来实现的。
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用romax软件进行齿轮强度分析及齿形优化流程
（吕浚潮）
目录
1.建立流程目的
2.用romax软件建模过程
3.强度分析过程
4.齿轮优化过程
4.1 齿向优化
4.2 齿廓优化
5.结论
1.建立流程目的
用romax软件对齿轮及轴进行建模，首先进行强度分析。
由于轴、轴承、齿轮的变形及受载，必然导致轮齿变形及及错位，减小单位啮合长度的最大载荷及传递误差（减小啮合噪声），对轮齿进行齿向及齿形修形，这样可以有效减小啮合线单位长度上的载荷，减小载荷突变，可减小啮合噪声。
2.用romax软件建模过程
本部分简要地阐述了用romax软件建立换挡机构的过程，按先后顺序建立轴、轴承、齿轮，然后装配到一起，最后设置边界条件，建立分析工况。
具体过程如下：
(1) 通过菜单栏的components按钮增加一个组（add New
assemble/component），弹出图2所示对话框。
图2.1 为模型增加一个部件
(2) 首先增加一个轴组件，如图2.2，单击ok按钮。
图2.2 增加一个轴组件
(3) 建立轴各段的截面形式、直径和长度，如图2.3。
设置轴各段的长度、截面直径、圆锥方向
图2.3 建立轴各段的直径、长度及截面形式
(4)当建完轴后，点击增加轴承按钮，打开轴承增加页面，选择符合要求的轴承。
增加轴承按钮
选择轴承界面
图2.4 增加轴承界面
(5) 指定轴承安装在轴上的位置，如图2.5。
设定轴承在轴上位置
图2.5 设置轴承位置截面
(6) 按上述方法，把换挡机构的主轴、副轴全部建完。
然后按图2.1，增加一个齿轮部件，如图2.6。
增加一个齿轮部件
图2.6
(7) 继第6步，出现齿轮参数选择界面，如图2.7，选择齿轮类型（直齿或斜齿），螺旋角，螺旋方向，模数，主动齿轮或被动齿轮，压力角等参数。
设置齿轮的模数、压力角、直(斜)齿、主被动形式
图2.7 齿轮参数选择界面
(8) 单击next，进入齿轮参数设置页面，设定齿轮的齿宽、变位系数、齿顶高系数、齿根高系数、齿顶倒角、齿根倒角、跨齿数等参数。
设置齿轮
齿形参数
图2.8 设定齿轮参数
(9) 把建好的齿轮安装到轴上，选定齿轮在轴上的装配位置。
选择转配齿
轮和确定装
配位置
图2.9 设定齿轮
(10) 按以上步骤，把所有齿轮都装配到轴上，最后确定各轴之间的相对位置，如图2.10.
确定轴的位置及方向
图 2.10 轴间相对位置的确定
(11) 在轴上施加载荷，建立边界条件。
确定载荷大小及位置
图2.11 设置边界条件
(12) 通过以上步骤，模型已建完，左后是设置不同档的分析工况，如图12 至此，换档机构可以全部建立，模型如图2.12
建立工况
设置每个
工况下的
载荷
图2.12 建立工况，设置载荷
3.齿轮强度分析
(1)本文为了分析简单，只对3档齿轮进行分析。
分析界面如图3.1，轮齿弯曲应力、接触应力如表3.1.
齿轮强度
分析
图3.1 轴的强度、刚度分析
表3.1 CG162 3档齿轮强度分析结果
齿轮弯曲强度弯曲强度弯曲安全接触强度接触强度接触安全
MPa
极限MPa 系数K MPa 极限MPa 系数K 3档主动齿轮 439.1 500
1.13 1394 1400
1 3档从动齿轮
454.7
1.1
1339.72
1.04
4. 齿形优化过程
(1)齿向修形。
由于轴、轴承、齿轮的弹性变形导致齿轮啮合偏斜，从而使齿轮在齿向方向上承载载荷不均匀。
先按图4.1所示进入传递误差分析界面，继而进入图4.2所示，按图中步骤进行操作。
未修行前齿轮的齿向载荷分布、谐次响应、传递误差分别如图4.3~图4.5。
图4.1 传递误差分析
传递误差分析
①
②
③查看齿轮的啮合特性
图4.2 齿轮啮合特性分析界面
图4.3 齿轮单位啮合长度的载荷分布
图4.4 齿轮谐次响应(2.15um)
图4.5 齿轮传递误差(13.9-7.24=6.66um）
由图4.3可以看出，3档齿轮载荷在齿向分布上存在严重的分布不均，因此有必要对齿向进行修形。
按图4.6进入轮齿优化界面（如图4.7）。
几何优化进入界面
图4.6 。
轮齿优化进入界面
②齿向优化按钮
①双击需优化齿轮
③设置齿向优化量
图4.7 齿向优化步骤
经过不断地尝试，得到最佳的修形量及优化结果如图4.8~图4.9。
图4.8 最佳修形量为5.3u
图4.9 齿向修形后的载荷分布
(2) 齿廓修形。
由图4.9所示，齿轮在双齿啮合与单齿啮合的载荷突变十分明显。
为了减小这个突变，对轮齿进行齿廓修形，按图4.10进入齿廓修形界面。
齿形优化按钮
修形量设置
图4.10 齿形修形界面
经过不断尝试，得到最佳修形量为9um(如图4.11)，修形后轮齿载荷分布、谐响应及传递误差分别如图4.12~图4.14。
图4.11 最佳齿形修形量为9u，鼓形修形
图4.13修形后的递误差（20.13-15.68=4.45）
5. 结论
(1) 由表3.1齿轮分析结果可知，在总体上，齿轮的弯曲应力、接触应
力都在允许范围之内，属于合格。
(2) 由图4.3、图4.5可知，齿轮的齿向载荷分布严重分配不均，传递误
差过大，需进行齿形优化。
(3) 轮齿优化前后的最大齿向载荷、基频谐响应、传递误差变化如表5.1.
表5.1 轮齿优化前后的最大齿向载荷、基频谐响应、传递误差变化
修形前修形后下降百分比齿向最大载荷（N/mm）291 229 27%
传递误差（啮合噪声评价指标） 6.66 4.45 50%
基阶响应（辐射噪声评价指标） 2.15 0.77 180% 综合修形图如图5.1。
由表5.1可以看出，轮齿经修形后，最大单位长度载荷、传递误差、谐次响应都有了很大程度的下降（如表5.1），这对提高轮齿的承载能力，减小啮合噪声都有很大的作用。
图5.1 齿向、齿形的综合修形量。