[发明专利]直齿圆柱齿轮副时变啮合刚度计算方法及装置

说明书

本发明涉及齿轮动力学领域，具体涉及是一种直齿圆柱齿轮副时变啮合刚度计算方法及装置。该计算方法包括：步骤一、计算单对齿啮合过程中，随主动齿轮转角变化的各部分齿轮刚度；步骤二、给定随主动轮转角变化的轮齿误差曲线；步骤三、以被动齿轮的轴孔为参照，计算得到轮齿啮合时的变形量，再基于轮齿啮合时的变形量、以及所有齿对作用力之和等于外部静态力矩产生的总的作用力，求解获得静态传递误差，并根据所述静态传递误差及位移激励，获得时变啮合刚度。该计算装置用于执行上述的计算方法。本发明提供的计算方法考虑了轮齿误差的影响，有利于得到更加精确的时变啮合刚度。

技术领域

本发明涉及齿轮动力学领域，特别是一种直齿圆柱齿轮副时变啮合刚度计 算方法及装置。

背景技术

齿轮传动系统因其结构紧凑、传动比恒定、传动效率高等特点而被广泛应 用于轨道机车、汽车、舰船、航空航天、风电、工程机械等各个领域。由于轮 齿接触位置时变性以及参与啮合的轮齿对数交替变化引起的时变啮合刚度、制 造装配误差、齿廓修形、齿面缺陷等产生的齿轮误差是齿轮传动系统最为主要 的两种激励形式，高效准确地计算时变啮合刚度是齿轮传动系统动态性能综合 分析的前提和基础。因此，深入探讨齿轮传动系统时变啮合刚度、齿轮误差等 内部激励源的性质与激振机理，对高性能齿轮传动系统设计、齿轮系统振动噪 声水平预估和控制、齿轮传动系统状态监测与故障诊断具有重要意义。

关于齿轮时变啮合刚度的计算方法，公开资料显示主要包括材料力学法、 弹性力学法、数值法，从而获得了许多计算公式，如Weber-Banaschck公式和 石川(Ishikawa)公式等，这些计算方法在处理多齿区啮合刚度时大都将参与 啮合的单齿对刚度直接叠加，忽略了轮齿误差的影响。

轮齿误差即由于设计或加工制造过程造成的，或者运行过程中轮齿塑性变 形或轮齿缺陷等造成的实际齿廓与理想齿廓之间的偏差。现有技术中的上述方 法忽略了轮齿误差的影响，导致其计算结果精确度较低，从而影响对齿轮动态 性能综合分析结果的精确性。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种直齿圆柱齿轮副 时变啮合刚度计算方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种直齿圆柱齿轮副时变啮合刚度计算方法，包括 以下步骤：

步骤一、计算单对齿啮合过程中，随主动齿轮转角变化的各部分齿轮刚度；

步骤二、给定随主动轮转角变化的轮齿误差曲线；

步骤三、以被动齿轮的轴孔为参照，计算得到轮齿啮合时的变形量；

再基于轮齿啮合时的变形量、以及所有齿对作用力之和等于外部静态力矩 产生的总的作用力，求解获得静态传递误差，并根据所述静态传递误差及位移 激励，获得时变啮合刚度；

位移激励为：

δ_NLTE＝min([e_p1+e_g1,...,e_pi+e_gi,...,e_pN+e_gN])

其中，δ_NLTE为位移激励，下标p表示主动轮，下标g表示从动轮，e为所述 步骤二中得到的轮齿误差。

其中，静态传递误差是指：在静态力矩作用下，齿轮副由于轮齿误差、轮 齿受载变形、轮齿接触变形、轮体受载变形引起的两啮合齿轮相对转角对应的 啮合线上的位移。

作为本发明的优选方案，在步骤一中，计算单对齿啮合过程中的轮齿齿部 弯曲刚度、剪切刚度、压缩刚度、轮齿接触变形、齿轮轮体刚度和轮齿加载时 轮体变形引起的相邻齿偏移对应的刚度。