[发明专利]一种齿轮传动系统动力学分析模块化建模方法

权利要求书

1.一种齿轮传动系统动力学分析模块化建模方法，其特征在于，形成具有特定输入输出接口的模块：轴模块、齿轮副模块、行星齿轮模块，具体包括以下步骤： 

1)将轴划分成若干段的小轴段，每个轴段两端作为节点，轴段看作一个具有轴扭转刚度的弹簧单元，即一个轴单元； 

2)齿轮在齿轮中心处为相应安装轴上的一个节点，即齿轮节点； 

3)功率输入或输出中心为相应轴上的一个节点，即功率节点； 

4)齿轮对简化为两根轴上相应两节点连接的啮合单元，该单元的刚度为啮合刚度，在形成刚度矩阵时需要将啮合刚度转化为角刚度； 

5)行星齿轮作为一个独立的模块进行处理，其太阳轮在相应安装轴中心位置作为行星齿轮与轴的耦合节点，对该耦合节点进行合并处理，即节点耦合为同一节点，节点的转动惯量为原两节点转动惯量的相加值。 

2.根据权利要求1所述的齿轮传动系统动力学分析模块化建模方法，其特征在于，所述轴模块是由若干段轴串联组合而成，每个轴段两端作为节点，轴段看作一个具有轴扭转刚度的弹簧单元，每一个轴段的转动惯量与扭转刚度计算公式采用空心圆柱体的转动惯量与扭转刚度计算方法： 

1)空心圆柱体转动惯量计算公式： 

式中D为外径，d为内径，L为轴段的当量长度，ρ为材料密度； 

2)空心圆柱体扭转刚度计算公式： 

式中，G为剪切模量，D为外径，d为内径，L为轴段的当量长度，E为弹性模量，μ为泊松比。 

3.根据权利要求1所述的齿轮传动系统动力学分析模块化建模方法，其特征在于，所述齿轮副模块的建模过程为： 

1)齿轮转动惯量计算：把齿轮转化为圆柱体进行计算，圆柱体外径为齿轮分度圆直径，内径为齿轮轮毂内径； 

2)齿轮副啮合刚度计算：通过GB/T 3480-1997啮合刚度公式计算获取齿轮副的啮合刚度； 

3)齿轮在相应安装的轴上生成一个节点，即齿轮节点； 

4)通过齿轮副将轴与轴之间进行关联，在齿轮节点之间生成一个啮合单元； 

5)各齿轮的转动惯量叠加在轴上相应的齿轮节点上； 

6)在形成刚度矩阵时把齿轮副的啮合刚度转换为扭转刚度，转换公式为： 

式中K为齿轮副的啮合刚度，r_b1为主动轮节圆半径，r_b2为从动轮节圆半径，β为齿轮螺旋角。 

4.根据权利要求1所述的齿轮传动系统动力学分析模块化建模方法，其特征在于，所述行星齿轮模块的建模过程为： 

1)行星齿轮模块中太阳轮、行星轮、内齿圈和行星架的转动惯量采用简化的空心圆柱体转动惯量计算方法； 

2)太阳轮与行星轮、行星轮与内齿圈的啮合刚度计算采用GB/T 3480-1997啮合刚度公式进行； 

3)行星齿轮模块与轴的耦合方法为：把太阳轮简化为所在轴上的一个齿轮 节点，节点进行合并处理，即节点耦合为同一节点，节点的转动惯量为原两节点转动惯量的相加值。