[发明专利]一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法

权利要求书

1.一种考虑基体裂纹影响的齿轮啮合特性有限元分析方法，其特征在于，其包括以下步骤：

S1、获取主动轮和从动轮的齿轮副基本参数以及含有基体裂纹齿轮的裂纹参数；

S2、建立含有抛物线非穿透基体裂纹的齿轮三维有限元模型，包括

S201、根据所述齿轮副基本参数，利用ANSYS软件的APDL语言编制功能，使用Solid185单元模拟齿轮实体，建立健康齿轮三维有限元模型；

S202、在所述健康齿轮三维有限元模型的基础之上，对齿轮基体进行切割生成含有基体裂纹的齿轮有限元模型；

S203、对所述含有基体裂纹的齿轮有限元模型的裂纹面进行网格细化，并且根据裂纹面之间的相互作用，在所述裂纹面上建立面-面接触单元Conta174和Targe170；

S3、根据所述裂纹参数，计算齿轮啮合特性，并计算裂纹面上建立接触与否对于计算结果的差异；其中，所述裂纹参数包括裂纹深度、裂纹宽度，所述齿轮啮合特性包括啮合刚度、应变；

所述步骤S3包括：

S301、根据基体裂纹深度，计算所述齿轮啮合特性,包括如下步骤：

S30101、在步骤S2建立的所述齿轮三维有限元模型上对齿轮进行约束，所述约束方式包括使主、从轮内圈节点和各自的几何中心耦合在一起，完全约束从动轮中心点，约束主动轮中心点使之只能绕中心轴转动；施加负载方式包括在主动轮几何中心施加转矩，得到主动轮的角位移；根据啮合刚度的计算公式，得到在裂纹面上建立接触和不建立接触时，不同基体裂纹深度条件下齿轮啮合刚度，其中，所述啮合刚度的计算公式为：

其中，K表示啮合刚度，T表示施加在主动轮上的转矩，Δθ表示主动轮的角位移，r_b为主动轮基圆半径；

根据纹面上无接触单元时刚度下降量＝健康齿轮的刚度－裂纹面上没有建立接触时裂纹齿轮的刚度，裂纹面上有接触单元时刚度下降量＝健康齿轮的刚度－裂纹面上建立接触时裂纹齿轮的刚度，计算获得裂纹面上建立接触和不建立接触情况下，啮合刚度下降量的百分比误差，所述啮合刚度下降量的百分比误差＝[(裂纹面上无接触单元时刚度下降量－裂纹面上有接触单元时刚度下降量)/裂纹面上无接触单元时刚度下降量]×100％；

同时，利用ANSYS软件的后处理功能，获得不同裂纹深度条件下裂纹齿轮的位移云图以及裂纹面上的接触压力分布；

S30102、根据不同基体裂纹深度，计算齿根的应变：选择裂纹轮齿靠近齿根部位的一点Q作为应变提取点，在齿轮的每个啮合位置，利用ANSYS软件的后处理功能，提取所述Q点的应变；根据裂纹面上无接触单元时Q点应变下降量＝健康齿轮Q点应变－裂纹面上无接触单元裂纹齿轮Q点应变，裂纹面上有接触单元时Q点应变下降量＝健康齿轮Q点应变－裂纹面上有接触单元裂纹齿轮Q点应变，获得Q点应变的百分比误差，Q点应变的百分比误差＝[(裂纹面上无接触单元时Q点应变下降量－裂纹面上有接触单元时Q点应变下降量)/裂纹面上无接触单元时Q点应变下降量]×100％；

S302、根据基体裂纹宽度，计算所述齿轮啮合特性，包括：

S30201、根据基体裂纹宽度，计算所述齿轮啮合刚度：所述齿轮的约束方法与所述施加负载方式同所述S30101，不同基体裂纹宽度条件下齿轮啮合刚度公式同所述S30101；

同时，利用ANSYS软件的后处理功能，获得不同裂纹宽度条件下裂纹面上的接触压力分布；

S30202、根据基体裂纹宽度，计算所述齿轮齿根应变：计算方法同所述步骤S30102。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述齿轮副基本参数包括齿数、弹性模量、泊松比、内孔半径、基圆半径、模数、齿宽、压力角、齿顶高系数、顶隙系数、摩擦系数；所述裂纹参数包括裂纹起始位置角、裂纹宽度、裂纹深度、裂纹扩展方向角。