[發明專利]一種基于動態坐標系的斜齒輪螺旋式電流加載方法

有效

• 申請號: 202010147228.9
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111400944B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉志亮;張天雄
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/08
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種基于動態坐標系的斜齒輪螺旋式加載方法，通過建立仿形線圈坐標系組對仿形線圈上所加載電流載荷的方向進行控制。在仿形線圈坐標系組的自動變換過程中，實現了斜齒輪相對于仿形線圈的螺旋式運動過程的模擬。本發明相較于電壓加載方式更加準確，省時省力。同時，整個仿真過程自動化運行，操作簡單，方便工廠技術人員掌握和使用。

技術領域

本發明屬于有限元仿真技術領域，具體涉及一種基于動態坐標系的斜齒輪螺旋式電流加載方法。

背景技術

齒輪傳動方式是當前機械傳動領域應用較為廣泛的傳動方式之一，而斜齒輪以其傳動效率高、傳動平穩以及承載力強等特點，被廣泛應用于汽車工業、航空航天和船舶工業等領域。以重型車輛變速箱斜齒輪為例，由于重載和惡劣的道路條件，作為重要受力單元的變速箱將受到頻繁的撞擊，齒輪極易出現齒面磨損、齒根彎曲疲勞斷裂等失效形式。在這種情況下，重型車輛變速箱斜齒輪需要具備較高的表面硬度、耐磨性以及承載能力等性能，這就對熱處理提出了更嚴格的要求。感應淬火作為一種先進的熱處理方法，以其節能環保、生產效率高、易于實現機械自動化等優點，在熱處理領域已經得到越來越廣泛地應用。

在齒輪的感應淬火中，根據不同傳動系統中齒輪不一樣的特點，需要采取不同的加熱方式。仿形線圈產生的磁場能和斜齒輪齒面保持垂直，易得到沿齒廓均勻分布的淬硬層。現有的模擬仿真技術中，對復雜形狀的線圈施加載荷時，通常采用在陽極的面上加載正電壓，在陰極面上加載零電壓的電壓加載方式。實際操作中相鄰面相互干涉且難以選取，導致加載過程費時費力。因此亟需一種基于動態坐標系的電流加載方法。

發明內容

根據上述提出的現有仿真技術中對復雜形狀的線圈施加載荷時，相鄰面相互干涉且難以選取的技術問題，而提供一種基于動態坐標系的斜齒輪螺旋式電流加載方法，通過建立仿形線圈坐標系組對仿形線圈上所加載電流載荷的方向進行控制，且仿形線圈坐標系組的變換過程可自動進行，實現了斜齒輪相對于仿形線圈的螺旋式運動過程的模擬。。

本發明采用的技術手段如下：

一種基于動態坐標系的斜齒輪螺旋式電流加載方法，包括：

步驟1、確定仿形線圈的第i加熱位置，其中i≥1，收集模擬過程特征參數，所述特征參數括斜齒輪的分度圓半徑r、螺旋角β、齒數z、仿形線圈始末位置的間距D以及步進距離S；

步驟2、將仿形線圈的其中一個齒按齒廓形貌特征劃分成n部分，確定每部分與y軸正方向的初始夾角，分別為TH₁，TH₂……TH_n，依次將初始坐標系旋轉相應角度，得到n個y軸正方向與各部分方向平行的局部坐標系，將所述n個局部坐標系順時針旋轉360/z度，重復上述局部坐標系建立步驟次數大于z-1時，即得到初始加熱位置仿形線圈局部坐標系組；

步驟3、設置材料物性參數和單元類型，并進行網格劃分，按照體號由大到小的順序，選擇編號為k的體上的所有單元，并在所選體k上施加與相應的局部坐標系的y軸正方向同向的電流載荷Q，當knz時，初始加熱位置仿形線圈所有部分電流載荷施加完成；

步驟4、初始加熱位置求解完成后，令i＝i+1，i表示的是當前加熱位置，仿形線圈移動到下一加熱位置，對仿形線圈坐標系組進行旋轉調整；

步驟5、重復步驟3到步驟4，直至iD/S時，即完成對所有加熱位置的求解，實現仿形線圈步進移動與旋轉相結合的螺旋式行進軌跡的仿真模擬。

較現有技術相比，本發明具有以下優點：

1、本發明建立的仿形線圈坐標系組對仿形線圈上所加載電流載荷的方向進行控制，且仿形線圈坐標系組的變換過程可自動進行，相較于電壓加載方式更加準確，省時省力。

2、本發明仿真過程自動化運行，操作簡單，方便工廠技術人員掌握和使用。

附圖說明