[發明專利]一種計算帶有邊緣接觸的齒間載荷分配方法

有效

• 申請號: 201510044228.5
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN104615878B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發明（設計）人: 項云飛;趙寧;郭輝;王宇澤;劉家企
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明屬于齒輪幾何學與力學分析交叉領域，具體涉及一種計算帶有邊緣接觸的齒間載荷分配方法，特別是獲得齒輪在擬真實工況下發生邊緣接觸的受力情況。

背景技術

進行齒輪副的準靜力學分析，其中一個關鍵問題是如何求解各個瞬態的齒間載荷分配，當輪齒發生邊緣接觸時，這種求解計算將變得非常復雜，也難于求解。

目前，齒輪的受力計算分析主要采用ANSYS等有限元軟件，通過有限元的方法可以計算齒輪在任何接觸瞬時的齒面接觸情況、齒輪應力應變情況、齒面接觸壓力等等，同時也能較好的處理齒輪副發生邊緣接觸的情況。但是采用ANSYS等有限元軟件計算齒輪加載接觸，通常非常麻煩，在齒輪有限元模型不精確時，得到的計算結果十分不可靠，要想得到較為精確的結果通常需要將有限元模型劃分得十分細密，而導致的代價是計算所需要的機時十分長，同時對計算機的性能要求較高才能處理。可以說，采用有限元方法進行計算，其計算結果的好壞程度上很大一部分取決于有限元模型的建立，具有計算的不確定性。

方宗德學者在文獻“齒輪輪齒承載接觸分析(LTCA)的模型和方法，機械傳動，1998，22(2)，p1-3”中基于柔度系數法和變形協調條件提出了一種輪齒加載接觸分析方法(LTCA)，雖然在計算上相對于有限元方法具有更好的確定性，同時計算復雜度相對較小，但該方法忽略了接觸柔度系數的非線性影響，以及將接觸區域載荷近似處理為線接觸載荷來替代實際的區域載荷，同時也沒有說明對邊緣接觸的處理方式，因此該方法還不夠完善和準確，其求解結果也不可信。

發明內容

要解決的技術問題

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種計算帶有邊緣接觸的齒間載荷分配方法。

技術方案

一種計算帶有邊緣接觸的齒間載荷分配方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、進行不考慮邊緣接觸的齒輪加載接觸分析：

通過齒面接觸分析方法得到：未施加載荷的每個嚙合瞬時大小齒輪副的齒面接觸時參與嚙合齒面的接觸位置、靜態傳動誤差、接觸點位置主曲率、主方向和誘導法曲率；

根據接觸位置、靜態傳動誤差、接觸點位置主曲率、主方向和誘導法曲率建立各個接觸位置上接觸橢圓大小、齒面壓縮量與載荷三者的關系式，并得到接觸橢圓的方向；

根據多對相鄰齒面靜態傳動誤差的小齒輪轉角區間，得到當小輪上基準齒面的轉角為φ₁時，所對應的小大齒輪的接觸齒面對數m；

對各接觸齒面對上施加的載荷分別為P₁,P₂,……P_m，根據變形協調條件和總載荷不變得到方程組：

式中，R_Gi為第i對齒輪接觸點距轉動中心的轉動半徑；α_ti表示載荷與切平面之間的夾角；Δθ_i為加載傳動誤差，T為小大齒輪傳遞總扭矩；

所述加載傳動誤差Δθ_i(P_i)為：

Δθ_i(P_i)＝Δθ_io(P_i)+Δθ_ic(P_i)+Δθ_ib(P_i)(2)

式中，Δθ_io(P_i)為無加載傳動誤差，Δθ_ic(P_i)為接觸變形引起的加載傳動誤差，Δθ_ib(P_i)為輪齒彎曲變形引起的加載傳動誤差；

對三種傳動誤差分量進行求解：

①求解Δθ_io(P_i)

式中，z₁,z₂為小、大齒輪的齒數；φ₁為小輪上基準齒面的轉角；φ_i2為大輪上第i對面的轉角；為小輪上基準齒面的初始轉角；為大輪上第i對面的初始轉角；

②求解Δθ_ic(P_i)

按Hertz接觸理論建立起兩輪齒壓縮量δ_ic與載荷P_i的關系，δ_ic＝f(P_i)，則有：

③求解Δθ_ib(P_i)