[發明專利]基于切片耦合理論的斜齒輪時變嚙合剛度分析方法

在審

• 申請號: 202011362867.3
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112507485A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 王奇斌;王昆;余粼钖;毛廣春;劉年
• 申請（專利權）人: 江蘇省金象傳動設備股份有限公司
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

本發明公開了一種基于切片耦合理論的斜齒輪時變嚙合剛度分析方法，旨在提高斜齒圓柱齒輪嚙合剛度的計算精度。實現步驟為：輸出齒輪系統基本參數；確定初始嚙合位置，并齒輪沿齒寬方向進行切片；計算切片輪齒剛度、耦合剛度和齒基剛度；確定主動齒輪切片輪齒嚙合變形；計算各切片嚙合力、齒輪嚙合力；計算輪齒嚙合剛度、齒基剛度、齒輪副嚙合剛度；通過一個周期仿真，得到斜齒輪系統時變嚙合剛度。本發明綜合考慮了輪齒非接觸區域與接觸區域的耦合作用，能夠準確地模擬仿真斜齒輪時變嚙合剛度特性。

技術領域

本發明屬于機械技術領域，具體涉及到一種基于切片耦合理論的斜齒輪時變嚙合剛度分析方法。

背景技術

斜齒輪系統廣泛應用于航空航天、汽車、船舶等領域，其性能很大程度上決定了主機的性能、壽命、安全性、可靠性。時變嚙合剛度是齒輪傳動系統的重要內部激勵，對齒輪系統的振動特性有很大的影響。

目前，針對齒輪時變嚙合剛度特性，主要研究方法有解析法、有限元法。有限元法能夠準確地模擬齒輪實際情況且具有較高的計算精度，但針對不同的對象需要重復建模且計算效率低等缺點。解析法中，將齒輪等效為變截面懸臂梁，應用潛在能量法計算其剛度，其剛度包括輪齒彎曲剛度、剪切剛度、徑向壓縮剛度、接觸剛度和齒基剛度。但是，現有的方法中，均沒有考慮輪齒接觸區域變形與非接觸區域的耦合作用，而事實上輪齒非接觸區域會抵抗接觸區域的變形，增強斜齒輪嚙合剛度。

發明內容

針對現有方法存在的問題，本發明提供一種基于切片耦合理論的斜齒輪時變嚙合剛度分析方法，該方法深入地考慮斜齒輪切片耦合作用的影響，能夠準確地模擬仿真斜齒輪時變嚙合剛度特性。

為了實現上述目的，本發明采用的技術解決方案是：基于切片耦合理論的斜齒輪時變嚙合剛度分析方法，它包括以下步驟:

步驟1：輸出齒輪系統基本參數，包括齒輪參數、材料參數和載荷參數；

步驟2：確定齒輪初始嚙合位置，將齒輪沿齒寬方向進行切片，確定各切片嚙合狀態，計算各切片輪齒剛度、切片耦合剛度和齒基剛度，并通過有限元模型確定齒基剛度修正因子；

步驟3：令輪齒初始嚙合變形為δ，進一步確定嚙合狀態、非嚙合狀態各主動齒輪切片輪齒嚙合變形δ_pi；

步驟4：計算各切片嚙合力F_i、齒輪嚙合力F_m，比較齒輪嚙合力F_m與外載荷F，若|F-F_m|F_ε，設置一個新的嚙合變形δ，重復步驟3；若|F-F_m|≤F_ε，即得到載荷F下齒輪嚙合變形δ；

步驟5：計算輪齒嚙合剛度k_tt，進一步考慮齒基剛度k_tf，計算齒輪副嚙合剛度k；

步驟6：在下一個嚙合位置重復上述過程直到完成一個嚙合周期的仿真，得到斜齒輪系統時變嚙合剛度。

優選地，所述步驟2還包括：

步驟2.1：將斜齒輪沿齒寬方向進行切片，每個切片視為薄片齒輪，每個薄片齒輪視為直齒輪；

步驟2.2：基于潛在能量法，計算各切片輪齒剛度；

步驟2.3：基于改進的多齒嚙合齒基剛度計算方法，計算切片齒基剛度；

步驟2.4：基于切片耦合理論，計算切片耦合剛度；

步驟2.5：采用有限元分析軟件ANSYS建立斜齒輪系統有限元模型，確定齒基剛度修正因子。

優選地，步驟2.2中，所述切片輪齒剛度采用以下公式計算：