[發明專利]斜齒輪副時變嚙合剛度計算方法

在審

• 申請號: 201710687624.9
• 申請日: 2017-08-11
• 公開（公告）號: CN107391876A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 馬輝;孫衍寧;馮盟蛟;聞邦椿;張學良
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙)11613
• 代理人: 齊勝杰

技術領域

本發明屬于機械動力學技術領域，具體涉及斜齒輪副時變嚙合剛度計算方法。

背景技術

齒輪傳動可謂機械傳動領域應用最為廣泛的一種傳動形式，這種廣泛的應用不僅由于其自身傳動精準、效率高、工作可靠、壽命長等優點，還得益于齒輪傳動擁有一套較為完備的國際標準且齒輪傳動技術的發展已經達到了一定的水準。

正是由于齒輪傳動在機械領域中是不可或缺的，吸引著越來越多的國內外學者投身齒輪傳動的研究，致力于推動齒輪技術的發展。

隨著齒輪研究的發展與進步，需要解決的實際問題也越來越復雜，齒輪動力傳動如何提高精度、效率、承載能力，如何減振降噪，如何選材等都是亟待解決的問題。研究方向也逐步從直齒輪深入到斜齒輪，從健康齒輪研究到故障齒輪的研究，一些齒輪缺陷(如齒廓誤差、軸不對中等)也需要被考慮在內。

目前研究雖然具有一定基礎，但還不能完全滿足工程實踐的需要，如齒廓誤差等因素對實際齒輪副嚙合的影響還研究的不夠深入，在實際工程實踐中需要更加深入的理論來指導設計、降低損耗率。

齒輪時變嚙合剛度是研究齒輪副嚙合特性的基礎，齒輪時變嚙合剛度建模方法的發展也是衡量齒輪傳動研究的重要指標。

隨著建模方法的逐步完善，大量的學者也致力于將齒輪建模方法推廣到能夠考慮更多實際嚙合情況中的因素，如基體修正、延長嚙合、載荷分配、非線性接觸等。

齒輪時變嚙合剛度對齒輪系統振動響應有非常大的影響，如何計算時變嚙合剛度是齒輪研究的重要工作。

目前，斜齒輪副時變嚙合剛度計算主要有幾種方式：經驗公式法、解析方法、有限元(FE)方法和解析-有限元方法。經驗公式法雖然計算簡單方便，但其計算精度不夠，可用于粗略計算?，F有解析法對于研究修形齒輪副存在局限性，這種局限性體現為沒有考慮非線性接觸、修正基體剛度及延長嚙合影響。有限元方法和解析-有限元方法的計算結果更接近齒輪副的真實嚙合過程，但其存在建模過程比較復雜、計算效率低等缺點。

發明內容

(一)要解決的技術問題

為了解決現有技術的上述問題，本發明提供斜齒輪副時變嚙合剛度計算方法，用以解決現有解析法計算斜齒輪副時變嚙合剛度存在的局限性，這種局限性體現為沒有考慮非線性接觸、修正基體剛度及延長嚙合影響。

(二)技術方案

為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：

本發明提供的斜齒輪副時變嚙合剛度計算方法，包括以下步驟：

步驟S1：獲取斜齒輪副的基本參數；

步驟S2：將斜齒輪副的輪齒模型沿齒寬方向分解為N個獨立且均勻的薄片直齒輪副；

步驟S3：確定N個薄片直齒輪在嚙合位置j是否參與嚙合；

步驟S4：考慮非線性接觸、修正基體剛度及延長嚙合影響的齒輪副嚙合特性分析方法計算每一片薄片直齒輪的時變嚙合剛度；

步驟S5：對每一片薄片直齒輪的時變嚙合剛度求和，得到斜齒輪副的時變嚙合剛度。

進一步地，步驟S3包括如下步驟：

步驟S31：確定嚙合位置j處斜齒輪副的最大嚙合角α_max和最小嚙合角α_min；

步驟S32：確定第n片薄片直齒輪在嚙合位置j處的壓力角(α_n)_j；

步驟S33：判斷第n片薄片直齒輪是否參與嚙合。

進一步地，在步驟S31中：

嚙合位置j處斜齒輪副的最大嚙合角α_max的計算公式如下：

嚙合位置j處斜齒輪副的最小嚙合角α_mi_n的計算公式如下：

式中，r_b1為主動輪基圓半徑；r_b2為從動輪基圓半徑；α₀為壓力角；r_a1為主動輪齒頂圓半徑；α_a2為從動輪齒頂嚙合點對應的壓力角。

進一步地，在步驟S32中：

第n片薄片直齒輪在嚙合位置j處的壓力角(α_n)_j的計算公式如下：

式中，(α_n)_j為第n片薄片直齒輪在嚙合位置j處的壓力角；表示第n片薄片直齒輪第i對嚙合齒對的主動輪在嚙合位置j處的嚙合壓力角；θ_b1為主動輪基齒角的一半。

進一步地，在步驟S33中：