融合齿间磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法技术

本发明专利技术公开了融合齿间磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，属于渐开线圆柱齿轮传动系统稳定性分析领域。首先由Archard磨损公式求得齿间动态磨损量，通过变截面悬臂梁变形理论求得健康状态下的齿轮啮合刚度，根据齿轮副啮合关系得到齿间磨损量与齿轮啮合刚度相关联的含轮齿磨损故障的实时动态啮合刚度，通过前后两次磨损周期刚度值实时观测齿轮磨损状态。本发明专利技术实现了考虑渐开线圆柱齿轮发生磨损故障状态下，同时计及啮合时间与齿间磨损的实时动态啮合刚度计算，有助于理清渐开线圆柱齿轮齿面磨损导致内部耦合接触机理的改变，为进一步分析齿面间非线性振动特性提供新思路。特性提供新思路。特性提供新思路。

【技术实现步骤摘要】
融合齿间磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法


[0001]本专利技术广泛涉及高速圆柱齿轮传动系统振动激励、齿轮磨损失效、系统稳定性设计分析领域，特别涉及一种考虑齿间轮齿磨损的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法。

技术介绍

[0002]圆柱齿轮作为最常用的齿轮传动形式之一，不断朝着高速、重载方向发展。随着对产品和设备的安全性、可靠性和舒适性等要求的逐步提高，轮齿磨损作为齿轮早期的主要失效形式，是高速圆柱齿轮传动的振动噪声的主要来源，在某些重要场合带来的负面效应成为急需解决的问题。比如：
[0003](1)风力发电机齿轮箱传动系统中，圆柱行星齿轮具有结构紧凑、传动效率高、运动平稳和抗冲击能力强等优点，由于系统本身传动比大、扭矩高，导致风机齿轮箱频繁出现故障问题，降低了风力发电的效率。(2)新能源汽车传动系统中，由于纯电动汽车、混合动力汽车等新能源汽车的迅速崛起，对车辆行驶静谧性有了更高的要求，使得齿轮在电动汽车上的应用结构发生了很大的变化，其中轮边减速器是典型的代表，更早的预防齿轮失效能够使齿轮传动在高转速、高负载下有效控制噪声。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.融合轮齿磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，首先利用Archard磨损公式得到轮齿啮合间动态磨损量，根据变截面悬臂梁变形理论得到圆柱齿轮传动系统振动模型的啮合刚度模型，结合啮合齿轮副运动转角关系，得到含轮齿磨损的齿间啮合刚度，通过傅里叶级数拟合得到与啮合时间和齿面磨损量相关联的轮齿实时动态啮合刚度，最终通过实时啮合刚度的返回值判断齿轮的健康状态。2.根据权利要求1所述的融合轮齿磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，利用Archard磨损公式得到轮齿啮合间动态磨损量的具体过程如下：首先由Archard磨损公式求得一般轮齿啮合齿间动态磨损量h
P
，具体地：考虑轮齿啮合的动载荷p
P
、啮合点滑移速度s
P
，依据下面公式计算轮齿负载运行一定周期之后的累积磨损量，判断正常啮合轮齿保持健康啮合的转动周期：h
P,n
(α1)＝h
P,n
‑1(α1)+kp
P,n
‑1(α1)s
P
(α1)其中，n为磨损次数，k为磨损系数，α1为主动轮啮合点处啮合角。3.根据权利要求1所述的融合轮齿磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，根据变截面悬臂梁变形理论得到圆柱齿轮传动系统振动含轮齿磨损的啮合刚度模型：根据材料力学和弹性力学，采用能量法，可得到轮齿产生轴向压缩变形、弯曲变形和剪切变形所存储的弯曲势能U
b
、剪切势能U
s
、压缩势能U
a
；；；其中，d为啮合点至基圆的水平距离；h为啮合点与轮齿对称线之间的距离；dx为距离啮合点x处的微截面宽度；E为弹性模量；G为剪切模量；I
x
和A
x
分别为距离啮合点x处截面的惯性矩和截面面积；F
a
为齿间横向作用力；F
b
为齿间径向作用力；A
x
＝2h
x
LL其中，R
b
为基圆半径，h
x
为距离啮合点x处的微截面长度的一半；α为啮合点x处的压力角；ν为泊松比；L为齿宽；α2为轮齿基圆半齿弧度。
4.根据权利要求1所述的融合轮齿磨损机理的渐开线圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，结合啮合齿轮副运动转角关系，得到含轮齿磨损的齿间啮合刚度的具体过程为：将单齿啮合刚度k
s
理解为多个啮合刚度的并联，双齿啮合刚度k
d
理解为啮合轮齿单齿啮合刚度的并联，得到齿轮单双齿交替啮合的综合啮合时变啮合刚度k(t)，计算如下式；啮合刚度的并联，得到齿轮单双齿交替啮合的综合啮合时变啮合刚度k(t)，计算如下式；啮合刚度的并联，得到齿轮单双齿交替啮合的综合啮合时变啮合刚度k(t)，计算如下式；啮合刚度的并联，得到齿轮单双齿交替啮合的综合啮合时变啮合刚度k(t)，计算如下式；啮合刚度的并联，得到齿轮单双齿交替啮合的综合啮合时变啮合刚度k...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪少华，张启睿，施德华，殷春芳，李春，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：