[发明专利]温度对圆柱齿轮传动误差影响的计算方法

说明书

温度对圆柱齿轮传动误差影响的计算方法属于精密测试技术及仪器领域。在环境温度变化的情况下，同时在齿轮在啮合过程中，轮齿间相对滑动产生的摩擦热流量，造成了齿轮温度场的复杂性。由于齿轮材料的热胀冷缩，在温度影响下产生的热变形和在接触应力的作用下产生变形，这两种变形都会影响齿轮传动误差。本发明在已知齿轮的基本参数和齿轮材料基本参数后，使用热网络法计算在环境温度变化下齿轮温度场，然后得到齿轮热变形；再计算在接触应力的作用下的齿轮弯曲变形、剪切变形、齿根齿体变形和接触变形；把计算的热变形和在接触应力下的变形合并到啮合线上，得到齿轮啮合线上的变形量，最终得到在温度影响下的齿轮传动误差。

技术领域

本发明涉及精密测试技术及仪器领域，具体是一种温度对圆柱齿轮传动误差影响的计算方法。

背景技术

齿轮作为一种关键零件，因传动效率好，性能稳定，被广泛应用很多行业。在实际生产中，齿轮的传动性能直接影响到整台设备的使用寿命，特别是在精密机械领域中。齿轮的传动误差能很好地对齿轮的传动性能做出评价，齿轮的传动误差是指输出轴齿轮实际转角和理论转角的差值。由于齿轮实际工作的环境温度发生变化，特别是在高速、重载的条件下，齿轮的温度场会发生改变，在温度的影响下齿轮发生热变形，因热变形产生的误差对齿轮的传动误差造成影响，严重影响齿轮的使用寿命。

齿轮在传动过程中的环境温度很难维持在理想条件下，同时在齿轮传动过程中，整个齿体温度是非均匀温度场。由于齿轮材料的热胀冷缩的物质属性，齿轮的温度场分布会导致齿轮热变形，热变形产生的误差会直接影响到齿轮传动性能，严重影响齿轮传动误差。

由于物体材料具有热胀冷缩现象，在生产和生活中，温度的变化对精密传动机构的传动性能具有重要影响。但是温度作为常见影响因素，尽管采取一定措施来减小温度对齿轮传动性能的影响，但不能消除。齿轮在受到温度影响下，齿轮会产生热变形，尤其在单个轮齿上的热变形会使齿轮之间的传动比发生变化，严重影响齿轮传动性能。

在齿轮的实际工况中，特别是在高温、高速和重载的条件下，齿轮的温度场会发生较大变化，温度的变化会产生热变形，热变形产生的误差会直接影响到齿轮的传动误差，这会对齿轮的传动性能造成极大影响。因此研究齿轮在温度影响下的传动误差对评估齿轮的传动性能具有重要意义，对在实际工作环境中的齿轮传动性能具有指导性意义。

目前对于求解温度影响下的齿轮传动误差的方法，大多数是通过有限元仿真的方法，以直接耦合或者间接耦合的方式得到环境温度影响下的齿轮传动过程中的齿轮温度场、热变形和传动误差。在圆柱齿轮传动过程中，特别是在高速、重载和环境温度不稳定的情况下，齿体温度会的变化会引起齿轮的热变形，进而会影响齿轮传动性能。为评估温度影响下的圆柱齿轮的传动性能，得到齿轮的传动误差的变化，因此提出一种温度对圆柱齿轮传动误差影响的计算方法尤为重要。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的问题而提供一种计算在温度影响下圆柱齿轮传动误差变化的方法。

本发明所采取的技术方案是：首先根据齿轮的工况条件和齿轮参数使用热网络法计算齿轮的温度场，包括左右齿廓的温度场和齿体内部的温度场；然后计算包括单个轮齿渐开线部分的热变形、过渡曲线的热变形和齿轮基体部分的热变形，将齿轮的热变形分解到x、y方向上；接下来计算齿轮在接触应力作用下的齿轮啮合线方向上的弯曲变形、剪切变形、齿根齿体变形和接触变形；最后将在x、y方向上的热变形以及前面计算的弯曲变形、剪切变形、齿根齿体变形和接触变形合并到啮合线上，即可得到在齿轮传动过程中，齿轮副啮合线上的变形量，即可得到温度影响下的齿轮传动误差。具体包括以下步骤：