[發明專利]一種考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸特性分析方法

在審

• 申請號: 201911033378.0
• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110826273A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 蔣進科;劉釗
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明一種考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸特性分析方法，該方法結合行星齒輪系統TCA技術求解各個齒輪副有限個接觸離散點的初始齒面間隙；應用有限元法獲得齒面節點柔度矩陣，各外(內)齒輪輻接觸點的法向柔度通過分別插值太陽輪和行星輪齒面(行星輪和齒圈齒面)節點柔度并疊加獲得；根據變形協調、法向力的平衡、齒面非嵌入條件、齒輪副法向力相等原理建立多齒對受力接觸方程組，求解得到加載后的離散點載荷、輪齒變形及徑向浮動量。本發明將行星輪系各齒輪副齒面幾何分析與力學分析結合，計算獲得加載后的齒面變形、嚙合剛度、載荷分布、均載系數、徑向浮動量，為高性能行星傳動系統齒面的修形設計、均載分析、動力學分析奠定了理論基礎。

技術領域

本發明屬于航空、航海齒輪技術領域，具體涉及一種考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸特性分析方法。

背景技術

行星齒輪傳動系統具有大傳動比、承載能力高、高扭矩質量比、高傳動效率、結構緊湊等優點，其廣泛應用于航空、航海等高速、重載功率分流式的齒輪傳動系統，其性能優劣直接影響著國防安全。齒輪承載接觸分析(LTCA)技術是對重載下輪齒嚙合過程進行數值仿真的一種重要分析方法，是聯接幾何設計與力學分析的一座橋梁，在各類齒輪的研究中起了相當關鍵的作用。LTCA仿真獲得的齒面靜態載荷分布及承載傳動誤差是衡量齒面嚙合性能的主要指標。目前，LTCA方法主要是應用于單對齒輪副嚙合的情況，由于行星齒輪傳動功率分流的特點、各構件的浮動特性使得各齒輪副存在間隙及力的耦合關系，因此，傳統的單對齒輪副LTCA方法不適用于多個星輪嚙合的情況。盡管商業有限元軟件是很有效的分析工具，然而有限元模型網格質量、齒面節點幾何精度、齒輪副的正確裝配已成為影響LTCA求解精度的關鍵因素，且分析計算非常耗時，增加了設計人員工作量。考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸分析(FPLTCA)技術是行星齒輪傳動嚙合性能的主要評價指標，國、內外在這方面目前尚處于空白，為了解決上述技術問題，特提出一種新的技術方案。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述現有技術存在的不足，借鑒單對齒輪副LTCA技術，針對斜齒行星傳動系統而提供一種考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸分析(FPLTCA)數值方法，獲得齒面載荷分配、承載傳動誤差、嚙合剛度、均載系數、徑向浮動量等，該方法將齒輪系統的準確齒面幾何與力學分析緊密結合，避免了有限元網格及方程的多次計算，極大的減少了計算工作量，為高性能行星傳動齒面的修形優化設計、均載分析、動力學分析等奠定了理論基礎。

本發明采用如下技術方案來實現的：

一種考慮浮動特性的行星傳動多體齒輪承載接觸特性分析方法，該方法首先根據齒輪嚙合原理將刀具齒形表示在齒輪坐標系中獲得標準漸開線齒面，內、外齒輪副的修形均放在行星輪上，通過修形齒條刀具獲得修形齒面；結合行星齒輪系統幾何接觸分析技術求解的齒面各個齒輪副有限個離散點的齒面初始接觸間隙，應用有限元法獲得系統各齒輪的節點柔度矩陣，并插值得到內/外齒輪副同時嚙合齒對的有限個接觸離散點組成的柔度矩陣，根據變形協調、各行星輪力相等、同時嚙合齒對力平衡原理建立多齒對受力接觸方程組，通過非線性規劃方法求解得到加載后的離散點載荷、輪齒變形及徑向浮動量。

本發明進一步的改進在于，該方法具體包括以下步驟：

步驟1：輸入行星齒輪系統齒輪參數確定其它參數

齒輪基本參數包括：齒數、模數、壓力角、螺旋角、齒寬、齒頂高、齒根高和刀具圓角半徑，安裝誤差即軸交角誤差、中心距簡化為太陽輪、齒圈相對參考坐標系誤差，各行星輪無安裝誤差；

步驟2：行星輪修形齒面表達

行星輪的兩側分別與齒圈和太陽輪嚙合，齒圈由于尺寸較大，加工工藝復雜通常不修形，對齒圈的修形可放在行星輪上；對太陽輪的修形也可放在行星輪上；通過標準漸開線齒面與法向修形曲面疊加構造行星輪的修形齒面，或者通過修形齒條刀具獲得行星輪齒面；太陽輪漸開線齒面通過齒條刀具展成獲得，齒圈漸開線齒面通過漸開線齒輪按照插齒原理展成獲得；