[发明专利]一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法

权利要求书

1.一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，其特征在于包括如下步骤：

①参数化建立非对称渐开线齿廓曲线，具体过程为：

1.1)将非对称渐开线齿轮的齿廓曲线分成：受压侧齿廓曲线、受压侧齿根过度曲线、非受压侧齿廓曲线、非受压侧齿根过度曲线四部分；以齿轮的齿数、模数、齿轮受压侧压力角、非受压侧压力角、齿顶高系数、顶隙系数为输入参数，利用ANSYS的APDL编程语言将非对称齿廓进行参数化编程，计算出齿廓曲线，将每段齿廓曲线按进行等份取点；

齿轮受压侧齿廓关键点坐标(x_A，y_A)：

上式中：α_Ad-受压侧曲线点的压力角，

m-模数；n-齿数；α_d-受压侧分度圆压力角；-受压侧齿顶高系数；

齿轮受压侧齿根关键点坐标(x_B，y_B)，按受压侧变参数在取值值范围内等份取点计算：

上式中：α_Bd-变参数，α_d≤α_Bd≤90°；

R-刀顶圆角半径，

α_c-非受压侧分度圆压力角；-受压侧齿轮径向间隙系数；

Q-刀具参数，

齿轮非受压侧齿廓关键点坐标(x_C，y_C)：

上式中：α_Cc-非受压侧点的压力角，

齿轮非受压侧齿根关键点坐标(x_D，y_D)：

式中：α_Dc-变参数，α_c≤α_dc≤90°；

1.2)采用样条曲线分别连接受压侧和非受压侧点，生成齿廓曲线；

②参数化单齿端面建模，具体过程为：

2.1)过齿廓曲线两最高点，以坐标原点为圆心，作过这两点的圆弧，生成齿顶圆弧；

2.2)在坐标原点生成一个关键点，由坐标原点向两齿根过度曲线处最低点连接两根直线；通过这两根直线、受压侧齿根过度曲线、受压侧齿廓曲线、齿顶圆弧、非受压侧齿廓曲线、非受压侧齿根过度曲线生成单齿端面；

③参数化整齿端面建模，具体过程为：

3.1)将单齿端面在极坐标下复制出齿数n个单齿，依次偏移角度为360/n度；

3.2)对各单齿端面进行叠加运算得到齿轮面；

3.3)以坐标原点为圆心，以齿轮圆孔半径RK作圆，通过布尔减运算，得到齿轮端面；

④参数化齿轮实体建模，具体过程为：

在笛卡尔坐标系下，将齿轮端面沿端面垂直方向拉伸齿宽B的长度，得到齿轮的三维实体模型；

⑤参数化从动齿轮建模，具体过程为：

5.1)在笛卡尔坐标系下，将齿轮端面上移一个齿轮副中心矩的距离；

5.2)同步骤①、②、③、④建立从动齿轮的实体模型，如果主动齿轮齿数为偶数，则从动齿轮绕坐标原点逆时针转动半个从动齿轮单齿角度；

⑥参数化齿轮有限元建模，具体过程为：

6.1)定义齿轮材料常数、单元类型、单元参数；

6.2)设置齿面单元尺寸，采用扫略网格的划分方法，将非对称齿轮副划分有限元网格，将两齿轮内圈划分为刚性单元。

2.根据权利要求1所述的一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，其特征在于：步骤①的1.1)中，将每段齿廓曲线按进行6等份取点，依次编号为1～24。

3.根据权利要求1所述的一种双压力角非对称圆柱直齿轮副的有限元建模方法，其特征在于：还包括步骤⑦：⑦基于ANSYS显式动力学分析的非对称齿轮接触、约束定义、定义载荷，具体过程为：

7.1)选择主动齿轮受压侧节点，并定义节点为节点组ZHUJIECHU，选择从动齿轮受压侧节点，并定义节点为节点组CONGJIECHU。

7.2)定义接触：以主动齿轮上节点组ZHUJIECHU为接触组件，从动齿轮上节点组为CONGJIECHU目标组件，设置摩擦系数F＝0.1。

7.3)将主动齿轮和从动齿轮的质心定义在其齿轮圆心处，约束主动齿轮和从动齿轮除了绕Z的转动位移ROTZ外的所有位移。

7.4)在主动齿轮内圈上加角速度RBRZ，在从动齿轮内圈上加载转矩RBMZ。