[發明專利]一種圓柱齒輪齒向載荷分布系數獲取方法

在審

• 申請號: 201711275371.0
• 申請日: 2017-12-06
• 公開（公告）號: CN107944174A
• 公開（公告）日: 2018-04-20
• 發明（設計）人: 范子杰;周馳;陳長亮;桂良進;丁煒琦
• 申請（專利權）人: 清華大學;陜西漢德車橋有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 徐寧,謝斌

本發明涉及一種圓柱齒輪齒向載荷分布系數獲取方法，其特征在于，包括以下步驟：1)建立傳動軸的梁單元模型；2)建立圓柱齒輪的非線性多點嚙合模型；3)建立圓柱齒輪傳動系統的非線性靜力學模型；4)迭代計算圓柱齒輪傳動系統的靜平衡狀態；5)計算圓柱齒輪的齒向載荷分布系數。本發明采用空間梁單元和齒輪等效嚙合單元對圓柱齒輪傳動系統進行數值模擬，在通用的編程語言環境下即可快速實現圓柱齒輪傳動系統建模和齒向載荷分配系數的求解，在達到有限元接觸分析方法計算精度的同時，大大提高了計算效率，克服了經驗公式方法計算精度不足和有限元接觸分析方法計算效率低的缺點。

技術領域

本發明涉及一種圓柱齒輪校核計算影響系數的獲取方法，特別是一種基于非線性多點嚙合模型的圓柱齒輪齒向載荷分布系數獲取方法，屬于機械傳動技術領域。

背景技術

齒向載荷分布系數是圓柱齒輪校核計算的重要影響系數，它體現了沿齒寬方向載荷分布不均勻對齒面接觸應力的影響。國際標準ISO 6336-1-2007、美國齒輪標準AGMA2001-D04以及國家標準GB/T 3480-1997均對齒向載荷分布系數進行了定義，即單位齒寬最大載荷與單位齒寬平均載荷之比，表示為式(1)的形式：

上式中，K_Hβ為齒向載荷分布系數；F為分度圓切向力；b為齒寬；(F/b)_max為單位齒寬最大載荷；(F/b)_m為單位齒寬平均載荷。

現有研究通常采用以下兩種方法獲取圓柱齒輪的齒向載荷分布系數：

1)接觸分析方法：通過建立圓柱齒輪體單元有限元模型，利用商用有限元軟件進行齒輪接觸分析，能夠準確求得齒寬方向的載荷分布，進而由式(1)求得載荷分布系數。但接觸分析對齒輪有限元模型的精度要求較高，存在建模和計算成本高的不足。

2)經驗公式方法：采用經驗公式能夠快速求得圓柱齒輪的齒向載荷分布系數，以國際標準ISO6336提供的經驗公式為代表(參考文獻：ISO 6336-1-2007Calculation ofload capacity of spur and helical gears—Part 1:Basic principles,introductionand general influence factors)，如式(2)所示：

上式中，F_βy為跑合后的齒向嚙合誤差；c_γβ為單位齒寬平均嚙合剛度；F_m為分度圓平均端面嚙合力；b為齒寬。

但有研究表明，經驗公式方法存在一定的局限性，計算精度往往難以保證，尤其無法準確體現不同載荷工況系統變形影響下的齒向載荷分布。因此，目前仍然缺乏一種準確高效的圓柱齒輪齒向載荷分布系統獲取方法。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種基于非線性多點嚙合模型的圓柱齒輪齒向載荷分布系數獲取方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種基于非線性多點嚙合模型的圓柱齒輪齒向載荷分布系數獲取方法，包括以下步驟：

1)建立傳動軸的梁單元模型：

采用考慮剪切變形的空間梁單元對傳動軸進行建模，規定梁單元局部坐標系z軸沿其軸向方向，則梁單元的剛度矩陣K_e可以表示為式(3)的形式：

其中，