基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，包括如下步骤：S100.基于刀具加工变位齿轮时所述刀具与所述变位齿轮的啮合，建立所述变位齿轮的全齿面方程；S200.基于两个所述变位齿轮的啮合，建立两个所述变位齿轮的接触方程，根据所述接触方程，计算两个所述变位齿轮啮合时的接触轨迹；S300.根据所述全齿面方程和所述接触轨迹，得到所述接触轨迹上的齿面点信息，根据所述齿面点信息，利用势能法进行啮合刚度的计算。本发明专利技术的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，能够快速、准确地计算变位之后的行星齿轮时变啮合刚度，有利于行星齿轮系统的后续分析，适于推广使用。适于推广使用。适于推广使用。

【技术实现步骤摘要】
基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法


[0001]本专利技术涉及齿轮啮合刚度计算技术，特别涉及一种基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法。

技术介绍

[0002]时变啮合刚度是行星齿轮系统中最重要的内部激励之一，而行星齿轮的变位会显著改善行星齿轮的时变啮合刚度，进而对行星齿轮的动态特性产生很大影响。因此，能够快速准确计算变位之后的行星齿轮时变啮合刚度对于行星齿轮系统后续的动力学分析具有重要意义。
[0003]现有技术中，一般是通过有限元法对变位之后的行星齿轮时变啮合刚度进行分析预测，但是有限元法计算复杂，计算耗时长，不利于行星齿轮系统的后续分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，能够更加快速、准确地计算变位之后的行星齿轮时变啮合刚度，有利于行星齿轮系统的后续分析，适于推广使用。
[0005]根据本专利技术第一方面实施例的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，包括以下步骤：
[0006]S100.基于刀具加工变位齿轮时所述刀具与所述变位齿轮的啮合，建立所述变位齿轮的全齿面方程；
[0007]S200.基于两个所述变位齿轮的啮合，建立两个所述变位齿轮的接触方程，根据所述接触方程，计算两个所述变位齿轮啮合时的接触轨迹；
[0008]S300.根据所述全齿面方程和所述接触轨迹，得到所述接触轨迹上的齿面点信息，根据所述齿面点信息，利用势能法进行啮合刚度的计算。
[0009]根据本专利技术实施例的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，至少具有如下有益效果：
[0010]本专利技术中，首先基于刀具加工变位齿轮时刀具与变位齿轮的啮合，能够建立变位齿轮的全齿面方程，全齿面方程能够用于计算变位齿轮的齿面点信息，然后基于两个变位齿轮的啮合，建立接触方程，根据接触方程，可以计算两个变位齿轮啮合时的接触轨迹，也就是啮合区域，进而结合全齿面方程和接触轨迹，即可快速得到啮合区域处的齿面点信息，根据啮合区域处的齿面点信息，利用势能法即可进行啮合刚度的计算。根据本专利技术实施例的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，能够快速、准确地计算变位之后的行星齿轮时变啮合刚度，有利于行星齿轮系统的后续分析，适于推广使用。
[0011]根据本专利技术的一些实施例，步骤S100中，所述刀具加工所述变位齿轮的方式为：通过滚齿刀或者插齿刀加工所述变位齿轮。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，步骤S100中，以所述变位齿轮的中心线上的任一点为
原点建立第一坐标系，所述第一坐标系所在平面垂直所述变位齿轮的中心线，所述第一坐标系与所述变位齿轮固连；
[0013]以所述滚齿刀的中线上的任一点为原点建立第二坐标系，所述第二坐标系所在平面垂直所述滚齿刀的中心线，所述第二坐标系与所述滚齿刀固连；
[0014]使所述变位齿轮与所述滚齿刀相对转动，所述变位齿轮的转角定义为φ；
[0015]计算所述滚齿刀的中线与所述变位齿轮中心线之间的距离：
[0016]r
mg
＝r
pg
+xm
[0017]式中，r
pg
为所述变位齿轮的分度圆半径，x为所述变位齿轮的变位系数，m为所述变位齿轮的模数；
[0018]所述全齿面方程表示为：
[0019][0020]式中，M
gc
(φ
j
)为所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的坐标变换矩阵，为所述滚齿刀在所述第二坐标系下的齿面方程，所述滚齿刀的轮齿的齿顶至齿根的轮廓依次由CD段、DM段以及MN段组成，CD段、DM段以及MN段具有不同的齿面方程。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，步骤S100中，以所述变位齿轮的中心线上的任一点为原点建立第三坐标系，所述第三坐标系所在平面垂直所述变位齿轮的中心线，所述第三坐标系与所述变位齿轮固连；以所述插齿刀的中心线上的任一点为原点建立第四坐标系，所述第四坐标系所在平面垂直所述插齿刀的中心线，所述第四坐标系固连所述插齿刀；使所述变位齿轮与所述插齿刀相对转动，所述变位齿轮的转角定义为φ
g
，所述插齿刀的转角定义为φ
s
；
[0022]所述全齿面方程表示为：
[0023][0024]式中，为所述第三坐标系和所述第四坐标系之间的坐标变换矩阵，为所述插齿刀在所述第四坐标系下的齿面方程，所述插齿刀的轮齿的齿顶至齿根的轮廓依次由EF段、FG段以及GH段组成，EF段、FG段以及GH段具有不同的齿面方程。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，步骤S200中，基于两个所述变位齿轮的外啮合，建立两个所述变位齿轮的所述接触方程的过程包括：建立主动轮的工作齿面方程和齿面单位外法向量方程；
[0026]其中，所述主动轮的工作齿面方程表示为：
[0027][0028]式中，r
ap
为所述主动轮的齿顶半径，r
bp
为所述主动轮的基圆半径，θ
0p
＝π/2Z
p
‑
invα1，Z
p
为所述主动轮的齿数，α1为所述主动轮的压力角；
[0029]所述主动轮的齿面单位外法向量方程表示为：
[0030][0031]根据本专利技术的一些实施例，建立两个所述变位齿轮的所述接触方程的过程还包括：
[0032]建立从动轮的工作齿面方程和齿面单位外法向量方程；
[0033]其中，所述从动轮的工作齿面方程表示为：
[0034][0035]式中，r
ag
为所述从动轮的齿顶半径，r
bg
为所述从动轮的基圆半径，θ
0g
＝π/2Z
g
‑
invα2，Z
g
为所述从动轮的齿数，α2为所述从动轮的压力角；
[0036]所述从动轮的齿面单位外法向量方程表示为：
[0037][0038]根据本专利技术的一些实施例，建立两个所述变位齿轮的所述接触方程的过程还包括：
[0039]以所述主动轮的中心线上的任一点为原点建立第五坐标系和第六坐标系，所述第五坐标系和所述第六坐标系所在的平面均垂直所述主动轮的中心线，其中，所述第五坐标系固定设置，所述第六坐标系与所述主动轮固连；
[0040]以所述从动轮的中心线上的任一点为原点建立第七坐标系和第八坐标系，所述第七坐标系和所述第八坐标系所在的平面均垂直所述从动轮的中心线，其中，所述第七坐标系固定设置，所述第八坐标系与所述从动轮固连；
[0041]使所述主动轮与所述从动轮相对转动，所述主动轮的转角定义为φ1，所述从动轮的转角定义为φ2。
[0042]根据本专利技术的一些实施例，建立两个所述变位齿轮的所述接触方程的过程还包括：
[0043]将所述主动轮的工作齿面方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：S100.基于刀具加工变位齿轮时所述刀具与所述变位齿轮的啮合，建立所述变位齿轮的全齿面方程；S200.基于两个所述变位齿轮的啮合，建立两个所述变位齿轮的接触方程，根据所述接触方程，计算两个所述变位齿轮啮合时的接触轨迹；S300.根据所述全齿面方程和所述接触轨迹，得到所述接触轨迹上的齿面点信息，根据所述齿面点信息，利用势能法进行啮合刚度的计算。2.根据权利要求1所述的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，步骤S100中，所述刀具加工所述变位齿轮的方式为：通过滚齿刀或者插齿刀加工所述变位齿轮。3.根据权利要求2所述的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，步骤S100中，以所述变位齿轮的中心线上的任一点为原点建立第一坐标系，所述第一坐标系所在平面垂直所述变位齿轮的中心线，所述第一坐标系与所述变位齿轮固连；以所述滚齿刀的中线上的任一点为原点建立第二坐标系，所述第二坐标系所在平面垂直所述滚齿刀的中心线，所述第二坐标系与所述滚齿刀固连；使所述变位齿轮与所述滚齿刀相对转动，所述变位齿轮的转角定义为φ；计算所述滚齿刀的中线与所述变位齿轮中心线之间的距离：r
mg
＝r
pg
+xm式中，r
pg
为所述变位齿轮的分度圆半径，x为所述变位齿轮的变位系数，m为所述变位齿轮的模数；所述全齿面方程表示为：式中，M
gc
(φ
j
)为所述第一坐标系和所述第二坐标系之间的坐标变换矩阵，为所述滚齿刀在所述第二坐标系下的齿面方程，所述滚齿刀的轮齿的齿顶至齿根的轮廓依次由CD段、DM段以及MN段组成，CD段、DM段以及MN段具有不同的齿面方程。4.根据权利要求2所述的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，步骤S100中，以所述变位齿轮的中心线上的任一点为原点建立第三坐标系，所述第三坐标系所在平面垂直所述变位齿轮的中心线，所述第三坐标系与所述变位齿轮固连；以所述插齿刀的中心线上的任一点为原点建立第四坐标系，所述第四坐标系所在平面垂直所述插齿刀的中心线，所述第四坐标系固连所述插齿刀；使所述变位齿轮与所述插齿刀相对转动，所述变位齿轮的转角定义为φ
g
，所述插齿刀的转角定义为φ
s
；所述全齿面方程表示为：
式中，为所述第三坐标系和所述第四坐标系之间的坐标变换矩阵，为所述插齿刀在所述第四坐标系下的齿面方程，所述插齿刀的轮齿的齿顶至齿根的轮廓依次由EF段、FG段以及GH段组成，EF段、FG段以及GH段具有不同的齿面方程。5.根据权利要求1至4中任意一项所述的基于齿面接触分析的变位行星齿轮啮合刚度计算方法，其特征在于，步骤S200中，基于两个所述变位齿轮的外啮合，建立所述接触方程的过程包括：建立主动轮的工作齿面方程和齿面单位外法向量方程；其中，所述主动轮的工作齿面方程表示为：式中，r
ap
为所述主动轮的齿顶半径，r
bp
为所述主动轮的基圆半径，θ
0p
...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭来春，胡泽华，唐进元，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：