Romax 齿轮宏观参数优化
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。
基于Romax的电动汽车齿轮箱优化设计
基于Romax的电动汽车齿轮箱优化设计利用Romax软件对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析，研究了齿轮修形对传动误差和齿面接触斑的影响，合理的修形参数可改善齿轮啮合质量，使齿轮系统运行更平稳，减小系统运行噪音。
标签：电动汽车；齿轮箱；传动误差；Romax；修形随着新能源汽车产业的迅速发展，电动汽车齿轮箱的NVH性能愈加受到关注。
传动误差是齿轮传动噪音的主要激励源，也是振动和噪声的主要评价指标。
本文利用Romax对某纯电动商用车传动系统进行仿真分析，优化齿廓、齿向修形参数，以减小传动误差的波动，优化接触斑分布，从而提高齿轮强度，改善齿轮啮合质量，降低传动系统噪音。
1 传动系统模型的建立高速电机因其功率密度大已成为各车企主流应用产品，本车型也选用了一款高速电机，最高转速14000rpm，电机直驱无法满足整车动力，需要匹配合适的减速器以满足整车需求。
针对整车实际情况，设计开发了一款单级齿轮箱，传动系统齿轮副基本参数如下：m=2，主动齿轮齿数23，从动轮齿数95，螺旋角10°。
齿轮选用低碳钢材料，轮齿经渗碳淬火后磨齿加工，精度等级6级。
在Romax软件中根据齿轮参数对对应的轴进行建模，并以额定工况载荷，建立Romax模型。
2 修形前模型的分析建立模型后，利用Romax软件针对额定工况进行分析，即输入转速4775rpm、扭矩90N.m的工况下对齿轮箱传递系统进行传动误差分析。
修形前齿轮副传动误差曲线如图1所示，修形前齿轮单位啮合长度的载荷分布如图2所示。
结果表明啮合齿轮副未修形时，传动误差整体波动量较小但变动剧烈存在突变点，说明存在剧烈啮入啮出冲击；同时齿面偏载严重，影响齿轮的使用寿命。
3 齿轮修形量的确定为了改善齿轮啮合性能，弥补齿轮变形、制造误差和齿轮的啮合错位对传递误差的影响，改善齿轮齿面在齿宽方向的受载不平衡及齿面的润滑状态，需对高速齿轮进行齿廓、齿向修形。
齿廓修形有齿顶修形和齿根修形两种方式，齿根修形易导致齿轮强度削弱，因而本设计选用齿顶修形；同时为提高加工效率仅对主动齿轮进行齿向修形，从动大齿轮齿向不修形。
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简介
/Product/index-ps.asp?menucolr=3平面轴传动系设计平面轴传动系设计模块介绍平行轴传动系设计功能：∙提供复杂的传动系统建模（包括直齿和斜齿轮、滚子轴承、复杂轴及离合器）；∙基于ANSI/ASME，SAE/GM以及DIN743标准的应力集中系数计算和轴疲劳寿命计算；∙考虑轴承啮合错位和游隙影响的轴承修正寿命计算；∙考虑润滑油温升和轴承装配对轴承游隙和轴承寿命的影响；∙基于ISO6336，DIN3990和AGMA 2001标准的齿轮强度校核；∙齿轮宏观参数设计和齿轮宏观参数优化；∙齿轮啮合错位计算，齿轮修形计算；∙考虑轴、轴承等变形导致的系统变形计算；∙同步器尺寸计算与容量计算；∙花键设计与强度校核以及花键修形计算；∙传动系统效率分析；∙齿轮齿面接触应力计算和齿根弯曲应力计算；∙齿轮接触分析与传动误差计算；∙传动系统传动误差激励下啸叫分析；∙箱体柔性考虑与箱体强度计算分析；相交轴传动系设计相交轴传动系设计模块介绍相交轴传动系设计模块：∙对垂直轴/轴承系统的建模（包括锥齿轮、螺旋锥齿轮、准双曲面齿轮、差速齿轮、滚子轴承和滑动轴承、离合器等）；∙支持Gleason或Oerlikon制式的锥齿轮；∙基于ANSI/ASME，SAE/GM以及DIN743标准的应力集中系数计算和轴疲劳寿命计算；∙滚子轴承载荷和应力分布以及考虑间隙和平行度误差的轴承额定寿命计算> ；∙与KIMoS软件接口，能够进行锥齿轮接触印痕调整与LTCA分析；∙考虑轴、轴承、箱体等变形的系统变形计算；∙支持外壳和差速器的3D有限元模型的输入和结构柔性影响；∙功率流分流过程中的扭矩波动和载荷分布。
行星齿轮传动设计行星齿轮传动设计模块介绍行星齿轮传动设计模块：∙提供复杂的行星齿轮传动系统建模（包括齿轮对、轴承、行星架等）；∙行星齿轮设计工具，能够快速进行行星齿轮设计与校核；∙基于ANSI/ASME，SAE/GM以及DIN743标准的应力集中系数计算和轴疲劳寿命计算；∙考虑轴承啮合错位和游隙影响的轴承修正寿命计算；∙考虑润滑油温升和轴承装配对轴承游隙和轴承寿命的影响；∙基于ISO6336，DIN3990和AGMA 2001标准的齿轮强度校核；∙行星齿轮多工况均载分析与制造误差考虑；∙由于功率分流导致的扭矩波动和载荷分布；∙考虑轴、轴承变形导致的系统变形计算；∙传动误差对系统模态响应的影响分析和瞬态扭振分析；∙支持行星架和箱体的3D有限元模型输入及柔性考虑和强度分析。
ROMAX齿轮动力学分析和优化资料
万方数据
学校代号：10731 学 号：122080201078 密 级：公开
兰州理工大学硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分析及 优化
学位申请人姓名： 导师姓名及职称： 培 养 单 位： 专 业 名 称： 论文提交日期 ： 论文答辩日期 ： 答辩委员会主席：
王彬 郭润兰 教授 黄华 副教授 机电工程学院 机械制造及其自动化 2015 年 4 月 15 日 2015 年 6 月 9 日 余生福 正高级工程师
万方数据
Dynamic Analysis and Optimization of the Gearbox Based on ROMAX by WANG Bin
B.E. (Lanzhou University of Technology) 2011
A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in
学校代号 10731 分 类 号 TH131
学 号 122080201078
密级
公开
硕士学位论文
基于 ROMAX 的齿轮箱动力学分 析及优化设计
学位申请人姓名 培养单位 导师姓名及职称 学科专业 研究方向 论文提交日期
王彬 机电工程学院 郭润兰 教授 黄华 副教授 机械制造及其自动 先进制造技术 2015 年 4 月 15 日
Mechanical Manufacture and Automation in the
School of Mechanical and Electronical Engineering of
Lanzhou University of Technology
关于齿轮宏观参数设计的一种思路
影响齿轮重合度；选择多齿数可以保证齿轮较高的 重合度，重合度高了，相应强度也会得到提升。同时 尽可能避免同一对啮合齿轮齿数存在公约数，以保 证齿轮在啮合过程尽可能少的重复啮合，对变速器 及减速器 NVH 是有作用的，当然具体情况还要在不 同模态下进行 NVH 分析后确定。
0.38
日野法 苏联法
主动齿弯曲应力（kg/mm2）:
68.301
从动齿弯曲应力（kg/mm2）:
78.364
接触应力： 223.648 法向力（kg）: 2594.136
切向力（kg）: 2433.509 轴向力（kg）：1352.737
单位齿长压力（kg/mm）:
40.523
图 1 宏观齿轮计算结果
初步选定上述宏观参数后，就可以进行相应计 算。我们现在针对一组纯电动减速器齿轮参数进行 分析及优化，首先我们根据客户整车空间和布置要 求，初步选定参数：中心距 114 mm，齿轮齿数确定为 20 和 77，模数为 2.05，压力角为 17.5°，螺旋角为 29°，以及相应的齿高和齿厚，利用软件计算出齿 轮副相关几何尺寸和静态应力计算结果，如下页图
60
40
20
0
0.5
1.0
1.5
在几何尺寸上，我们关注重合度、齿顶间隙、齿 侧间隙；强度方面我们关注弯曲应力和接触应力。对 于齿顶间隙一般控制在 0.5 mm 左右，齿侧间隙我 们一般控制在 0.05~0.1 mm 之间，轴向重合度和端 面重合度均要求在 1 以上，新能源齿轮我们一般要 求端面重合度在 2 以上。为使齿轮啮合实现较小的 传递误差而达到噪音更小目的，轴向重合度尽量设 计成整数（在齿轮强度足够情况下，我们可以做一些 产品轻量化和降 成本 工作），端面 重合 度越高 越 好，如图 2 所示。
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详细分析步骤（2）
运行齿轮宏观参数优化
出现如下图所示的优化运行界面； 运行结束后得到齿轮宏观参数优化结果；
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16
宏观参数优化试验和结果查看
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详细分析步骤（3）
选用标准刀具，优化前齿轮强度校核结果
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默认
设计种类
最大重合度设计
优化条件
安全系数
总的变位系数
0.1
迭代个体数
50
变位系数分配
一般应用
迭代次数
10
螺旋角设置 （16~32，间隔1）
X1乘子
（0.5,1.5,0.1）
小齿轮齿数设置 （14~32，间隔1） 压力角设置
20度
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5
设计参数（2）
单件生产齿轮宏观参数设置
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4
设计参数（2）
批量生产齿轮宏观参数设置
设置参数
数值范围
设置参数
数值范围
系统变形（计算 由轴系变形计算 小齿轮接触安全系 （1.05，0.95，
KHbeta） 得到
数
1.0）
齿轮加工刀具
未定义
小齿轮弯曲安全系 （1.2，1.05，
数
1.0）
模数选择类型 小齿轮齿数决定 几何约束设置
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9
详细分析步骤（1）
进行齿轮加工刀具的设置
批量生产情况下将齿轮刀具设置为未定义方式； 单件生产情况下设置为标准刀具或需要的刀具参数值；
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10
详细分析步骤（1）
进入宏观参数优化界面
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Romax专题培训
齿轮宏观参数优化
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RomaxDesigner宏观参数优化分析步骤：
齿轮宏观参数优化设置
批量生产齿轮参数优化设置 单件，小批量生产齿轮优化设置
宏观参数优化试验和结果查看
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2
设计参数（1）
已有的模型
Gear Macro_geometry optimization.ssd
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详细分析步骤（3）
查看选用的标准刀具数据：
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详细分析步骤（3）
选用标准刀具，进行宏观参数优化后的结果
得到优化后的齿轮宏观参数； 得到优化后的齿轮强度校核结果；
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详细分析步骤（3）
不选用标准刀具，优化前齿轮强度校核结果
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3
设计参数（1）
批量生产与单件生产齿轮宏观参数设计特点
批量生产对于对于刀具方面的要求比较宽松，可以 专门定制一些相应的刀具，在齿轮宏观参数优化空 间大。 单件生产一般考虑到成本的要求，需要采用标准刀 具或现有刀具，对齿轮压力角，变位系数等方面的 选取有一定的要求。
安全系数
总的变位系数
0.1
变位系数分配
一般应用
螺旋角设置
（16~32，间隔1）
小齿轮齿数设置/模 （14~32，间隔1）/
数设置
输入标准模数
迭代个体数 迭代次数 X1乘子
压力角设置
50 10 （0.5,1.5,0.1） 20度
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齿轮宏观参数优化分析 详细分析步骤
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23
设定模数选择类型； 设计种类选择，以批量生产方式为例；
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13
详细分析步骤（1）
按照本文参数表设置变位系数和相关几何参数值
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14
详细分析步骤（1）
按照本文参数表设置优化条件准则和优化参数 数值；
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详细分析步骤（1）
进入宏观参数优化界面
在进行宏观参数优化前先确定将前面计算得到的啮合错 位量作为整个优化过程中个方案的错位量，如下图；
对于指定刀具的情况下，还会弹出如下图所示的对话框， 无法优化压力角，和齿顶高齿根高比例；
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详细分析步骤（1）
按照本文的参数表进行宏观参数优化设置
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详细分析步骤（1）
打开模型Gear Macro_geometry optimization.ssd 选择计算轴系变形得到啮合错位量；
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详细分析步骤（1）
进行齿轮强度校核，得到校核结果
发现小齿轮的接触和弯曲安全系数偏小
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详细分析步骤（3）
不选用标准刀具，进行宏观参数优化后的结果
得到优化后的齿轮宏观参数； 得到优化后的齿轮强度校核结果；
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详细分析步骤（3）
齿轮宏观参数优化结果总结
采用非标刀具的情况下优化空间比标准刀具的要大得多， 一般优化出来的效果也要比标准刀具下的好。 优化完成后将满足要求的方案调用到模型中进行分析。
设置参数
系统变形（计算 KHbeta）
齿轮加工刀具
模数选择类型
设计种类
Байду номын сангаас
数值范围
设置参数 数值范围
由轴系变形计算得 小齿轮接触安 （1.05，0.95，
到
全系数
1.0）
定义标准刀具或现 小齿轮弯曲安 （1.2，1.05，
有刀具
全系数
1.0）
小齿轮齿数决定/用 几何约束设置 户设定模数
默认
标准齿条尺寸设计 优化条件