面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法（三）
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作者:HONRULE
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发布时间 :2026-04-13
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本文提出了一种面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法。文章分析了珩磨轮齿数、螺旋角和变位系数对加工齿轮齿面纹理的影响，并建立了纹理与齿轮传动接触线夹角的模型。通过优化这些几何参数，可减小该夹角，从而有效降低齿轮传动过程中的振动与噪声。案例分析与实验验证表明，优化后的珩磨轮显著减少了不规则振动的概率和强度，并降低了传动噪声水平，尤其在较高转速下效果更佳。
各位粉丝朋友，欢迎阅读本期小编推送的《面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法》文章。本篇文章因篇幅较长，特安排三期推送。
本期推出：面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化方法（三）
4.1 优化案例
本文以重庆某齿轮生产厂的某款新能源汽车输入轴齿轮为例进行面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化设计，珩齿齿轮及其配对齿轮的基本参数见表1。
表 1 各齿轮基本参数
选取珩齿齿轮齿面13条接触线上共129个接触点处的齿面纹理进行计算，NSGA-Ⅱ优化算法的部分参数设定见表2，在进行500次迭代后得到Pareto最优解集见图13。
表 2 NSGA-Ⅱ参数设置
图 13 Pareto 近似前沿
根据MATSUO等［20-21］提出的珩磨轮几何参数设计方法和Pareto最优解集，优化前后珩磨轮（图14）的参数见表3，优化前后目标函数计算结果列于表4。
图 14 优化前后珩磨轮
由优化结果可知，优化后的珩磨轮所加工的珩齿齿轮在传动过程中齿面纹理与传动接触线间夹角小于等于3°占比降低了29.8%，与传动接触线夹角大于3°的纹理 ，夹角的平均值减小了
表 3 优化前后珩磨轮参数
表 4 优化前后目标函数值
5.0%。根据齿面纹理与传动接触线间夹角对摩擦振动噪声的影响，优化后的珩齿齿面纹理相较于优化前可以减少不规律振动出现的概率以及整体的振动强度，进而降低传动噪声。
使用SangNond Full HD工业相机对珩磨轮优化前后所加工齿轮的齿面纹理分布进行观测，并与所提出的珩齿齿面纹理分布模型的预测结果进行比较，如图15所示。结果表明，优化前后珩齿齿面纹理分布具有较大差异，并与所提珩齿齿面纹理分布模型的预测结果相吻合。
4.2 实验验证
为验证所提方法的有效性和可行性，本文开展了珩齿齿面纹理优化前后振动和噪声的对比实验。将齿面纹理优化前后的珩齿齿轮装载到齿轮箱中，利用朗德噪声检测设备采集NVH数据，位移传感器置于齿轮箱外侧，麦克风置于主驾驶头枕处，如图16所示。
将齿面纹理优化前的珩齿齿轮作为对照组，齿面纹理优化后的珩齿齿轮作为实验组，进行不同转速下的振动、噪声实验。
实验结果表明，实验组振动出现的强度（能量密度）明显低于对照组强度（能量密度），且不规则振动出现的概率也有明显降低，如图17中绿色圆圈所示。
此外，实验组在测试中的最大传动噪声相较于对照组有明显降低，且转速越高，实验组对噪声的抑制效果越好，如图18所示。
综上所述，优化后的珩齿齿面纹理能够降低传动过程中的噪声水平，这与优化模型得到的结论一致，从而证明了所提方法的有效性。
图 15 优化前后珩齿齿面纹理的观测与预测结果
16 朗德振动噪声检测设备及测试布局
图 17 优化前后的振动坎贝尔图对比
图 18 优化前后的传动噪声对比
1）本文分析了珩齿齿面纹理分布的影响因素，包括珩磨轮的齿数、螺旋角和变位系数。珩齿齿面纹理会随着珩磨轮螺旋角的增大呈现出不同的方向性，随着珩磨轮齿数、螺旋角、变位系数的改变，纹理分布趋势会沿齿廓方向上下偏移。
2）建立了珩齿齿轮传动接触线与齿面纹理的夹角模型，并借助有限元分析了不同夹角对振动噪声的影响，得到了齿面纹理与传动接触线的夹角大于3°且靠近 3°时有利于降低振动噪声的结果。
3）建立了面向低噪纹理的珩磨轮几何参数优化模型并进行了案例分析，结果表明，优化后的珩磨轮几何参数可以减小珩齿齿面纹理与传动接触线间的夹角，并降低珩齿齿轮传动过程中的振动和噪声水平。
作者简介：张旭，男，1999 年生，硕士研究生。研究方向为智能制造、齿轮加工。李聪波（*通信作者），男，1981年生，教授、博士研究生导师。研究方向为绿色制造、智能制造、齿轮加工、制造系统能效。
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