[发明专利]高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法

权利要求书

1.一种高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据主、从动齿轮的各项参数与传动要求，作出齿轮组啮合模型，计算出齿轮啮合的实际啮合线长度；

S2、以S1为依据结合齿轮对啮合的重合度确定单、双啮合区长度，根据几何关系计算单、双啮合区的分界点到齿轮中心的距离；

S3、根据Hertz接触理论分别计算非啮合区及单、双齿啮合区内啮合点的热流密度与啮合点到齿轮中心距离的函数关系式；

S4、在有限元软件中建立三维模型，并赋予齿轮材料属性及各项物理参数，然后基于离散化思想，将啮合面离散成若干个点，在有限元软件中计算得到各点到齿轮中心的距离；

S5、根据各点与齿轮中心的距离，对比S2确定各点所在区域，带入S3中相应的关系式计算得到各点的热流密度；

S6、在有限元软件中，在啮合面上添加一层节点与离散点重合的表面效应单元，利用APDL命令流选取相应节点完成对各点热流密度的施加；

S7、计算齿轮不同表面的对流换热系数；

S8、在有限元软件中利用APDL命令流选取相应表面完成对流换热系数的施加；

S9、在有限元软件中，结合S4、S6、S8中的边界条件，根据边界条件公式，最终计算得到高速齿轮传动的温度场。

2.根据权利要求1所述的高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中，齿轮啮合的实际啮合线长度g_s的计算公式如下：

g_s＝r_b1(tanα_a1-tanα′)+r_b2(tanα_a2-tanα’) (1)

其中：r_b1、r_b2分别为主、从动齿轮基圆半径；α_a1、α_a2为主、从动齿轮齿顶压力角；α’为啮合角。

3.根据权利要求2所述的高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中，齿轮啮合时啮合区分布为：啮合线以外为非啮合区，啮合线两端各有一段长度相等的双齿啮合区，两双齿啮合区所夹中间段为单齿啮合区，单、双齿啮合区及非啮合区的分界点共有4个，根据几何关系计算这4个分界点处到齿轮中心的距离l₁、l₂、l₃、l₄：

其中：ε为结合齿轮啮合的重合度，g_s1、g_s2分别为单、双啮合区长度，其值分别为

4.根据权利要求3所述的高速齿轮啮合传动温度场的精确计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中，单、双齿啮合区及非啮合区中啮合点的热流密度q与啮合点到齿轮中心距离l的函数关系式q(l)为：

其中：k_p为热流密度分配系数，其值为γ为热能转化系数；T₀为主动齿轮啮合周期；f为摩擦系数；F_n1为单齿啮合时的啮合点载荷力，其值为F_n2为双齿啮合时的啮合点载荷力，其值为k为齿间载荷分配系数；p为输入功率；n为输入转速；v₁、v₂分别为主、从动齿轮啮合点滑动速度，其值为B为齿轮齿宽。