[发明专利]考虑基体刚度修正的剥落斜齿轮副的啮合特性分析方法

说明书

本发明属于机械动力学技术领域，尤其涉及到一种考虑基体刚度修正的剥落斜齿轮副的啮合特性分析方法，该方法首先将斜齿轮副轮齿沿齿宽方向分解为N个独立且均匀的薄片直齿轮，基于已知的剥落大小与位置参数，确定每片直齿轮上剥落的情况；通过势能法并引入有限元基体刚度修正系数来计算单片剥落直齿轮的时变啮合刚度；基于ANSYS软件参数化编程，建立三维有限元剥落斜齿轮接触模型并求解获得时变啮合刚度，便于实现与解析法结果的分析比较。基于解析与有限元求解方法，分析了剥落宽度w_s、剥落长度α_s、剥落轴向位置、剥落齿向位置对于斜齿轮时变啮合刚度的影响，同时考虑轴向多剥落和齿向多剥落对于斜齿轮啮合刚度的影响。

技术领域

本发明属于机械动力学技术领域，具体涉及到一种考虑基体刚度修正的剥落斜齿轮副的啮合特性分析方法。

背景技术

目前，现有的考虑剥落斜齿轮副啮合特性分析方法主要有以下几种方法：

1.基于有限元分析软件

通过参数化编程在有限元软件ANSYS中建立含剥落的斜齿轮三维模型，在软件中，选择合适的单元及材料参数，对三维模型进行网格划分，建立啮合斜齿轮副的有限元接触模型，设置合适的约束并选择适当的求解方法对含剥落斜齿轮副的啮合特性进行计算。但利用现有的有限元分析软件对剥落斜齿轮啮合特性分析时，建模过程复杂且繁重，计算效率低下，对计算机性能要求较高，并且采用不同的建模方式和单元类型得到的啮合特性结果也会有较大差距。

2.基于解析计算程序

通过将齿轮轮齿简化为位于齿根的悬臂梁，运用势能能量法对于剥落轮齿的时变啮合刚度进行求解，由于涉及大量计算，主要通过解析计算程序进行数据的处理与求解。该方法计算效率较高，但是由于计算程序中无法精确考虑轮齿的弹性变形，齿基刚度与剥落的具体分布情况，故其误差较大，较难准确反映齿轮啮合特性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有存在的技术问题，本发明提供一种考虑基体刚度修正的剥落斜齿轮副的啮合特性分析方法，解决了现有技术中有限元建模过程复杂繁重、计算效率低下，以及解析计算程序中无法精确考虑轮齿的弹性变形，齿基刚度与剥落的具体分布情况，不能真实反映齿轮啮合过程等问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种考虑基体刚度修正的剥落斜齿轮副的啮合特性分析方法，包括以下步骤：

步骤1：获取斜齿轮副的基本参数、剥落位置和剥落尺寸参数；

步骤2：根据能量法与切片理论计算获取斜齿轮的时变啮合刚度，建立考虑非线性接触、有限元修正基体刚度、剥落斜齿轮副啮合刚度的计算模型；

步骤3：通过ANSYS的参数化编程建立含剥落的啮合斜齿轮副三维模型，同时在软件中建立接触单元并求解获得时变啮合刚度和啮合特性；

步骤4：根据解析计算方法及有限元求解方法，确定剥落宽度w_s、剥落长度α_s、剥落轴向位置、剥落齿向位置对斜齿轮时变啮合刚度的影响；同时对斜齿轮齿向多剥落、斜齿轮轴向多剥落的情况进行啮合特性分析；

步骤5：根据解析法计算获得时变啮合刚度的基础数据，再获得斜齿轮载荷分配系数，由此获得剥落时斜齿轮接触应力和齿根弯曲应力的计算方法，然后通过计算得到斜齿轮接触应力和齿根弯曲应力在齿面上的分布，获得剥落时斜齿轮的承载能力；再经过计算得到最大齿面接触应力与齿根弯曲应力来研究啮合过程的强度特点；最后通过与步骤4中的啮合特性分析校验，进而分析出齿轮啮合过程中的啮合特性。

优选地，所述步骤2还包括：