[发明专利]基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法

权利要求书

1.一种基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立螺旋锥齿轮全齿三维模型；

S2、根据螺旋锥齿轮全齿三维模型建立简化的螺旋锥齿轮分析模型；

主动轮采用全齿模型，从动轮采用与主动轮等齿数的非全齿模型，且主动轮、从动轮以从动轮一侧的第一个齿开始啮合；

S3、根据步骤S2得到的主动轮模型和从动轮模型进行网格划分，分别建立主动轮和从动轮的有限元模型；

S4、根据步骤S3建立的主动轮和从动轮的有限元模型，在主动轮和从动轮的轴孔处添加旋转副约束，主动轮的轴孔处施加转速，从动轮的轴孔处施加转矩，然后分析求解；

S5、根据步骤S4所得的分析求解结果，通过修正后的接触弹性变形方式提取啮合面上各节点引起应变的弹性变形量；

S6、单独提取每个节点的变形分量数据；

S7、根据步骤S4所得的分析求解结果，分别提取主动轮啮合面上各节点的法向啮合力；

S8、根据螺旋锥齿轮啮合刚度修正公式，依据步骤S5、步骤S7所得的数据进行计算获得主动轮、从动轮上其中一个工作齿的啮合刚度；

S9、根据步骤S8所得的工作齿的啮合刚度，获得螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度；

S10、计算一个啮合周期内轮齿的多齿综合啮合刚度，获得综合啮合刚度。

2.根据权利要求1所述的基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法，其特征在于：步骤S1中，设置螺旋锥齿轮副中主动轮和从动轮的齿宽均为B，模数均为m，变位系数均为x，压力角均为α，弹性模量均为E，泊松比均为v，主动轮齿数为p，从动轮齿数为g，主动轮和从动轮之间轴交角为Σ；设置裂纹形状参数：沿小端面裂纹深度q₀，沿大端面裂纹深度q₁，齿宽中点C处的裂纹尖端深度h，裂纹延伸线与齿中心线的交角v_c，沿表面宽度方向上的裂纹宽度L_c。

3.根据权利要求1所述的基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法，其特征在于：步骤S3中网格划分为：螺旋锥齿轮旋转副使用MPC184单元，接触区域使用CONTA174和TARGET170单元，齿轮副主体采用SOLID186单元，裂纹区域网格采用SOLID187单元，裂纹区域网格大小控制为0.5mm，非裂纹区网格大小控制为2mm，裂纹区域网格划分方法采用Tetrahedrons划分方法，非裂纹区域采用Hex Dominant划分方法。

4.根据权利要求1所述的基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法，其特征在于：步骤S5中通过修正后的接触弹性变形方式提取啮合面上各节点引起应变的弹性变形量，包括以下步骤：

S501、计算引起应变的弹性变形场{u^d}，弹性变形场中包含了平动自由度和旋转自由度，

S502、计算引起应变的弹性变形场的旋转分量和平移分量

S503、步骤S502中引起应变的弹性变形场的旋转分量的计算公式为：其中：[R_n]为当前单元的欧拉旋转矩阵，{x_v}为全局坐标系下单元初始坐标，且均是全局坐标系下单元的位移向量；

S504、步骤S502中引起应变的弹性变形场的平移分量的计算公式为：从刚体位移场{u^r}给出的单元旋转分量中减去全局位移场{u}中的节点旋转量。

5.根据权利要求1所述的基于修正有限元的裂纹螺旋锥齿轮时变啮合刚度计算方法，其特征在于：在步骤S5中，部分引起应变的弹性变形量为伪向量，所述步骤S6中对伪向量进行处理。