[发明专利]基于解析-有限元的复杂齿基直齿圆柱齿轮啮合刚度计算方法

摘要

本发明提出了基于解析‑有限元的复杂齿基直齿圆柱齿轮啮合刚度计算方法，旨在提高含有复杂齿基的直齿圆柱齿轮啮合刚度的计算效率。实现步骤为：基于解析法计算直齿圆柱齿轮轮齿的弯曲、剪切和径向压缩刚度；计算接触刚度；计算单齿啮合刚度；建立含有复杂齿基的直齿圆柱齿轮副的有限元模型；在啮合点处用Mass21单元建立主质量点，并将主质量点与对应的齿基部分进行刚性耦合；将处于啮合状态的轮齿对应的主质量点用Combin14单元连接；计算时啮合刚度。本发明考虑了含有腹板和减重孔的复杂齿基对直齿圆柱齿轮啮合刚度的影响，采用了解析‑有限元法计算了直齿圆柱齿轮的时变啮合刚度，提高了计算效率，可用于直齿圆柱齿轮的动态性能分析及优化设计。

主权项

1.基于解析‑有限元的复杂齿基直齿圆柱齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于解析法，分别计算直齿圆柱齿轮轮齿刚度，包括轮齿弯曲刚度值kb、剪切刚度值ks和径向压缩刚度值ka；(2)基于赫兹接触理论，计算轮齿的接触刚度值kh；(3)基于刚度串并联理论，计算单齿对啮合刚度值kt；(4)根据含复杂齿基的直齿圆柱齿轮几何参数建立含复杂齿基直齿圆柱齿轮的几何模型，并基于有限单元法，采用Solid185单元进行网格映射划分，形成含复杂齿基的直齿圆柱齿轮的有限元模型；(5)根据齿轮啮合理论，建立刚性耦合区域：基于直齿圆柱齿轮的啮合理论，分别在主动齿轮和从动齿轮的啮合点位置处建立关键点，并采用Mass21单元划分关键点，形成主质量点；基于主质量点与复杂齿基上轮齿的对应关系，采用Mpc184单元将主质量点与对应的齿基部分进行刚性耦合，形成刚性耦合区域；(6)根据齿轮啮合理论，判断主质量点对应的轮齿是否处于啮合状态，若处于啮合状态，则将处于啮合状态的轮齿对应的主质量点用Combin14单元连接，并将Combin14单元的刚度值设置为步骤(3)中得到的kt值；(7)基于静态分析，计算含复杂齿基的直齿圆柱齿轮的啮合刚度值k；(8)判断是否完成一个啮合周期的刚度计算，若没有完成一个啮合周期的刚度计算，则直齿圆柱齿轮旋转一定角度，重复步骤(1)至步骤(7)，若完成了一个啮合周期的刚度计算，则停止计算，得到含复杂齿基直齿圆柱齿轮的时变啮合刚度。