[发明专利]含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法

权利要求书

1.一种含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)含裂纹齿轮副的三维建模与装配：

利用三维建模软件SolidWorks，建立渐开线圆柱齿轮的高精度三维实体模型，根据实际工况要求方便、准确地绘制齿轮的任意形态裂纹故障，并使齿轮啮合装配；

2)建立齿轮副有限元模型：

将步骤1)的模型导入到有限元分析软件ansys，在ansys软件前处理模块中，根据实际工况，完成对材料属性、参数、载荷、约束和接触对的设定，并划分有限元网格；

3)计算任意啮合位置齿轮副啮合刚度：

利用ansys软件的APDL语言编制啮合刚度计算程序，通过设置齿轮转角控制啮合位置，结合循环结构，实现任意啮合位置的齿轮啮合刚度的求解；

4)建立齿轮系统动力学模型和微分方程：

基于上述步骤3)中齿轮啮合刚度的计算，考虑齿轮系统支撑刚度，结合实际变工况参数，建立齿轮箱系统八自由度有阻尼动力学模型，推导出系统动力学微分方程组；

5)求解微分方程并绘制系统振动加速度响应图：

利用MATLAB软件编制程序，求解上述步骤4)中推导出的系统动力学微分方程组，最终求得含裂纹故障齿轮的系统振动加速度响应曲线图。

2.根据权利要求1所述的含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法，其特征在于：所述步骤1)中，利用SolidWorks软件强大的 三维建模功能，能够非常方便和精确的仿真出齿轮的任意裂纹故障，包括裂纹位置、大小和形态特性；同时，为了节省计算时间，建模时忽略了未参与啮合的轮齿，从而能够很好的减少计算量，而由此引起的误差却相对极小。

3.根据权利要求1所述的含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法，其特征在于：所述步骤2)中，为了提高网格划分的效率，采用了能较大地提高计算效率的六面体网格划分工具Sweep，并通过设置轮齿轮廓线、轴孔圆以及轴向齿宽这些典型位置的网格数量来控制网格质量。

4.根据权利要求1所述的含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法，其特征在于：所述步骤3)中，结合了ansys软件的菜单操作和自动生成命令流功能，同时，利用APDL语言的循环结构、公式计算和计算结果写入数据文件功能，快速高效的编制APDL程序，从而实现一个程序就能完整地计算齿轮副在整个啮合周期中任意位置的啮合刚度。

5.根据权利要求1所述的含裂纹故障的变工况单级重载齿轮箱振动响应仿真分析方法，其特征在于：所述步骤4)和5)中，如果改变系统参数和故障参数的数值，并改变不同时段电机输入转速、输入扭矩和负载扭矩这些外部参数的数值，微分方程组的结果就会发生相应的变化，从而能够仿真变工况下单级重载齿轮箱在不同裂纹故障状态下系统的振动响应。