本发明专利技术公开了一种考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，属于齿轮传动系统动态性能分析领域。本发明专利技术包括轮齿啮入冲击速度的几何分析方法，带润滑轮齿的碰撞运动过程数值计算方法，以及基于声场有限元技术的轮齿冲击外声场频域分析方法。该方法可以评估润滑情形下的轮齿啮合冲击噪声辐射噪声，并且所花费的计算代价较小。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于齿轮传动系统动态性能分析领域，具体涉及一种考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法。
技术介绍
1、由于齿轮传动形式所具有的传动能力强、传动效率高、能量密度大、结构紧凑等优点，齿轮箱在装备制造业中的应用极为广泛。
2、运行噪声水平反映了齿轮传动系统的动态稳定性，是评估齿轮箱动态性能的重要指标。
3、齿轮箱噪声的主要来源被认为是动态传递误差激励引起的结构振动，并且主要由大面积的箱体模态振动产生空气辐射噪声。此部分已有研究者利用成熟的算法如有限元或边界元开展过大量的研究。
4、但还存在一种轮齿啮合冲击引起的冲击噪声，并且在轮齿冲击过程中存在润滑油膜的作用。针对此问题，尚缺乏合理的噪声评估方法。
5、目前针对齿轮箱噪声水平评估的现有技术如下：
6、(1)以中国专利cn 112781865 a为例。该专利技术提供了一整套齿轮振动噪声试验设备与齿轮振动噪声测试试验方法，实现了对试验齿轮箱振动、噪声和传传递误差的测试，使噪声仿真研究拥有了重要的对照数据，为齿轮箱的噪声水平评估分析提供了有力的技术手段。该专利技术所提到的仿真分析方法与主流箱体噪声分析方法基本类似。
7、(2)以中国专利cn 115169218 a为例。该专利技术通过实验采集齿轮振动噪声数据，构建基于频程分析算法的数据库，接着利用参数优化的深度置信网络模型进行噪声预估。该专利技术虽通过频程分析扩增了数据，但仍然较为依赖训练数据，模型的泛化能力没有足够保证，并且，基于机器学习的预估方法缺乏可解释性。</p>
技术实现思路
1、本专利技术针对的技术问题是：目前齿轮空气辐射噪声研究领域缺乏对有润滑轮齿间的冲击噪声的合理评估方法。
2、本专利技术为解决上述问题，提出了一种结合润滑动力学分析模型与声学有限元模型的润滑轮齿冲击噪声估计方法，其具体技术方案如下：
3、一种考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其包括：
4、s1、将理论啮合线外的超前啮合视为啮入冲击行为的成因，引入轮齿综合几何偏差，结合标准渐开线齿轮的几何关系计算轮齿啮入冲击的相对碰撞速度；
5、s2、以相对碰撞速度为轮齿的初始运动状态，雷诺方程为润滑行为控制方程，以逐步迭代的方式对整个润滑轮齿的碰撞运动过程进行数值计算模拟；迭代过程中，将润滑油视为压力特性参数随压力改变的牛顿流体，通过有限差分方法离散雷诺方程，基于当前时间步的轮齿运动状态，调用弹流润滑模块通过变形系数矩阵法求解弹性变形，并以压力自收敛准则判断每一步的迭代收敛情况，再求解齿面接触区域压力分布，之后对弹流润滑模块求解到的齿面接触区域压力分布进行数值积分获得载荷，进一步根据载荷计算得到润滑冲击运动下的相对运动加速度，用于更新下一时间步的轮齿运动状态；
6、s3、建立齿轮外声场有限元模型，将数值计算模拟所得的相对运动加速度响应信息近似为半正弦激励，提取其峰值载荷与特征频率，作为边界条件施加于外声场边界，采用频域分析方法计算轮齿在给定加速度载荷下的声场。
7、作为优选，所述s1中，轮齿啮入冲击的相对碰撞速度δv计算方法如下：
8、δv＝v1 cosα1-v2 cosα2
9、
10、v2＝ω2ra2；
11、α2＝β2+α1+γ1+θ1
12、
13、式中：v1,v2分别为第一齿轮和第二齿轮的转速，α1,α2分别表示第一齿轮和第二齿轮的轮齿在啮合点处的瞬时压力角，ω1,ω2分别为啮合的第一齿轮和第二齿轮的角速度；为第一齿轮中心到实际啮入点的距离，计算式为ra2为第二齿轮的齿顶圆半径，rb1为第一齿轮的基圆半径，角度r1,r2分别为第一齿轮与第二齿轮的分度圆半径，α0为齿轮副的分度圆压力角，角度z1,z2分别为第一齿轮与第二齿轮的齿数，δσ为轮齿综合几何偏差量。
14、作为优选，所述s2中，对碰撞运动过程进行数值计算模拟的迭代过程中，每一个迭代步中的计算模拟方式如下：
15、s21、基于上一时间步计算得到的润滑冲击运动下的相对运动加速度，对当前时间步的轮齿运动状态进行更新；
16、s22、调用弹流润滑模块求解当前时间步t的轮齿接触面压力分布；
17、s23、基于当前时间步t的轮齿接触面压力分布，沿齿宽方向对接触面压力进行积分，得到当前时间步t的轮齿接触载荷：
18、
19、式中：b为齿宽，p(x,t)表示当前时间步t下位置坐标x处的接触面压力；
20、s24、将轮齿的转动运动等效为直线运动，将轮齿的碰撞运动视为圆柱与平面间的润滑冲击运动，从而更新当前时间步t的运动加速度：
21、
22、式中：meq为碰撞等效质量，由第一齿轮的质量m1和第二齿轮的质量m2计算得到，meq＝(1/m1+1/m2)-1。
23、作为优选，所述s22中，弹流润滑模块求解当前时间步t的轮齿接触面压力分布的方法如下：
24、s221、依据差分原理将雷诺方程离散化，离散后的节点数为nx，空间步长为δx，所述雷诺方程为：
25、
26、式中：h,ρ,η分别表示润滑油膜厚度、润滑油密度以及润滑油粘度，p表示局部的接触面压力；
27、s222、针对离散节点i＝2,3,…nx-1，计算雷诺方程的等号左边项在离散节点i处的差分：
28、
29、式中：
30、εi为离散节点i处的泊肃叶流系数，计算式为：
31、
32、式中：hi、ρi、ηi分别为离散节点i处的润滑油膜厚度、润滑油密度以及润滑油粘度，pi表示离散节点i处的接触面压力；
33、针对每个离散节点i＝2,3,…nx-1，以系数分别作为节点i在系数矩阵cm中对应的系数ci,i-1,ci,i,ci,i+1；
34、s223、针对离散节点i＝2,3,…nx-1，计算雷诺方程的等号右边项在离散节点i处的差分：
35、
36、其中：和的计算式分别为：
37、
38、
39、式中：h0表示不发生弹性变形的情况下两个接触面的中心距离，δt表示时间步长，h0、δi和ρi的上标“-k”表示对应的参数值在前k步中的值；参数δi的计算式为：
40、
41、式中di,j表示弹性变形的影响系数矩阵d中的元素，由下式求得：
42、
43、式中：x0为弹性变形为0的参考点处坐标，xi和xj分别表示离散节点i和离散节点i处的坐标，e′为等效弹性模量；
44、针对每个离散节点i＝2,3,…nx-1，以计算得到的分别作为离散节点i在系数矩阵r中对应的系数ri；
45、s224、以离散节点2～离散节点nx-1得到的系数ci,i-1,ci,i,ci,i+1和ri，同时在离散节点1以及离散节点nx处采用0压力边界条本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述S1中，轮齿啮入冲击的相对碰撞速度Δv计算方法如下：
3.如权利要求1所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述S2中，对碰撞运动过程进行数值计算模拟的迭代过程中，每一个迭代步中的计算模拟方式如下：
4.如权利要求3所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述S22中，弹流润滑模块求解当前时间步t的轮齿接触面压力分布的方法如下：
5.如权利要求4所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述每个离散节点i处的润滑油密度ρi与压力值相关，其计算式为：
6.如权利要求4所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述数值方法采用Gauss-Seidel迭代法或追赶法。
7.如权利要求1所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述S3的具体步骤如下：
8.如权利要求7所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述齿轮外声场有限元模型中，网格的最大尺寸应不超过声波特征波长的1/6。
9.如权利要求7所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述S302中，有限元分析时使用完美匹配层(PML,Perfect matched layer)技术模拟开放无反射的声辐射边界。
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【技术特征摘要】
1.一种考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述s1中，轮齿啮入冲击的相对碰撞速度δv计算方法如下：
3.如权利要求1所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述s2中，对碰撞运动过程进行数值计算模拟的迭代过程中，每一个迭代步中的计算模拟方式如下：
4.如权利要求3所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述s22中，弹流润滑模块求解当前时间步t的轮齿接触面压力分布的方法如下：
5.如权利要求4所述的考虑齿面润滑的轮齿冲击噪声计算方法，其特征在于，所述每个离散节点i处的润滑油密...
【专利技术属性】
技术研发人员：童哲铭，程伟豪，童水光，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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