[發明專利]一種直齒圓柱齒輪雙齒嚙合區載荷分配率的確定方法

有效

• 申請號: 201810147014.4
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108416120B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 華林;謝重陽;李瑄
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 唐萬榮;王淳景

本發明公開了一種直齒圓柱齒輪雙齒嚙合區載荷分配率的確定方法，該方法首先獲取主動輪和從動輪的基本參數，建立考慮結構耦合效應的改進型齒輪嚙合剛度模型，利用有限元方法確定主、從動輪基體剛度的結構耦合因子，基于最小勢能原則，建立以齒面載荷為變量，以齒輪系統勢能為目標函數的單目標優化模型，利用遺傳算法對優化模型進行求解，得到齒面載荷，據此得到雙齒嚙合區載荷分配率。本發明計算精度大幅提高，可以準確反應結構耦合效應、輸入力矩、齒輪幾何參數對載荷分配率的影響；計算成本較低，僅需采用較小規模的網格即可獲得誤差在可接受范圍內的結果；對硬件要求極低，并且是一種通用類模型，可以通過計算機編程實現GUI操作。

技術領域

本發明屬于齒輪結構力學分析領域，具體涉及一種直齒圓柱齒輪雙齒嚙合區載荷分配率的確定方法。

背景技術

齒輪是眾多機械結構的基礎傳動單元，直齒圓柱齒輪因其結構簡單、傳動效率高、適應性強等優點而被廣泛應用于如汽車變速器、工業機器人、風電齒輪箱等機械設備中。輕量化設計是現代機械產品發展的一個重要趨勢，體現在齒輪設計方面主要表現為齒輪的小模數化、重載化，這對齒輪承載能力校核提出了較高的要求。由于直齒圓柱齒輪傳動存在單雙齒交替的情況，在單齒嚙合區，載荷由一對齒承擔，在雙齒嚙合區，載荷由兩對齒共同承擔，因此揭示載荷在雙齒嚙合區的分配規律，確定齒面載荷的實際數值，就成為了齒輪承載能力校核必須要研究的基礎。

目前國內外對直齒圓柱齒輪齒間載荷分配率的研究方法主要有3種：(1)有限元法：借助有限元法可以準確計算載荷分配率，是一種較為廣泛采用的方法，但是往往計算經濟性較差，必須建立精細的有限元網格模型，求解耗時；(2)傳統解析法：將多對受載輪齒的關系簡化為相互并聯的彈簧模型，利用材料力學懸臂梁假設對參與嚙合的齒輪對的剛度進行計算，在此基礎上計算得到載荷分配率，但由于其忽略結構耦合作用，因此采用傳統解析法計算得到的載荷分配率存在較大誤差；(3)實驗法：是借助應變傳感器、數據采集儀、可視化設備進行載荷分配率計算的一種方法，測量精度較高，但是對硬件要求也較高，操作流程復雜。

發明內容

本發明的目的在于提供一種直齒圓柱齒輪雙齒嚙合區載荷分配率的確定方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種直齒圓柱齒輪雙齒嚙合區載荷分配率的確定方法，該方法包括以下步驟：

S1、設計齒輪基體剛度結構耦合因子λ(F₁,F₂)，F₁、F₂分別為主動輪或從動輪在雙齒嚙合區參與嚙合的1號齒、2號齒受到的實際嚙合力；

S2、建立考慮結構耦合效應的齒輪嚙合剛度模型分別為主動輪1號齒、2號齒的齒輪基體剛度結構耦合因子，分別為從動輪1號齒、2號齒的齒輪基體剛度結構耦合因子；

S3、建立考慮結構耦合效應的齒輪系統勢能計算模型

S4、建立載荷分配率單目標優化模型

其中，F＝T/R_b1，T為主動輪上的輸入力矩，R_b1是主動輪基圓半徑；

S5、采用遺傳算法求解載荷分配率單目標優化模型，得到最優F₁和F₂，進而得到載荷分配率，載荷分配率為F₁或F₂與F₁和F₂之和的比值。

按上述技術方案，步驟S1中，齒輪基體剛度結構耦合因子等于考慮結構耦合效應的齒輪基體剛度與不考慮結構耦合效應的齒輪基體剛度的比值，即

其中，不考慮結構耦合效應的齒輪基體剛度的表達式為

考慮結構耦合效應的齒輪基體剛度表達式為