[发明专利]一种齿轮齿面摩擦因数的反求方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到齿轮传动领域，特指一种齿轮齿面摩擦因数的反求方法。

背景技术

齿轮机构是应用最为广泛的一种传动机构，具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等优点。齿轮的主要失效形式有：折断、磨损、点蚀、胶合等，而其失效机理(特别是润滑与摩擦方面的)至今尚未研究清楚。齿面摩擦的主要影响有：降低传动效率，加剧轮齿失效，引起系统振动与噪声等。摩擦损耗是齿轮传动功率损失最主要的因素，尤其在高速、重载、大功率传动系统中。在一定工况下，齿面摩擦对齿根弯曲与齿面接触疲劳强度的影响不能忽略；研究者在齿轮有限元分析中开始重视齿面摩擦的影响。研究证明，齿面摩擦在点蚀形成、齿根裂纹萌生与扩展及轮齿断裂过程中起到加速作用。同时，齿面摩擦影响到齿轮系统的动态特性，是重要的振动与噪声激励源。Jost指出摩擦学研究具有巨大经济效益，尤其适用于机械传动。随着齿轮传动高速、重载、精密、高效、低噪声与长寿命方向的发展，齿面摩擦特性研究对于减少摩擦损失、增大轮齿承载能力、改善系统传动性能等具有显著的意义。

“齿面摩擦”对齿轮的影响，主要是通过对弯曲疲劳强度和接触疲劳强度的影响两方面来考虑的，而现行的齿轮强度设计也是从这两方面来展开。在计算弯曲疲劳强度时，常规的做法是将轮齿等效为悬臂梁来计算其根部的弯曲应力；在计算接触疲劳强度时，则是基于传统的Hertz理论。

“齿轮齿面摩擦”的研究方法主要有基于弹流润滑理论的齿面摩擦计算方法和基于摩擦特性实验的齿面摩擦计算方法，而对于齿轮齿面摩擦因数反求方法、变化规律以及影响因素等方面的研究却尚未发现。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种简单易操作、原理清晰、通用性好、计算精度高、适用范围广的齿轮齿面摩擦因数的反求方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种齿轮齿面摩擦因数的反求方法，其步骤为：

(1)齿轮齿根位置关键摩擦特征参数的提取；

(2)建立齿轮静强度分析的正问题仿真模型，进行关键摩擦特征参数数值模拟计算；

(3)通过比较试验所得到的齿轮齿根应变数据与仿真获得的齿根应变数据，获得误差函数，进而建立反问题模型；

(4)利用优化算法求解误差函数，反求齿轮齿面摩擦因数。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤(1)的具体流程为：在齿轮上设置若干个测试点，实时监测齿轮在外在作用下弹性变形的情况，利用测试点处的结构响应来体现；齿轮试验结束后，对得到的监测数据结果进行处理，得到齿根处测试点的应变周期内变化情况。

在齿轮试验结束后，提取十个循环的峰值点的应变作为计算反求的输入参考值。

所述测试点沿着齿向长度依次选定。

所述步骤(2)的具体流程为：给定摩擦因数初始值，运用ANSYS软件进行齿轮静力条件下有限元模型的仿真计算，计算完毕，提取各测试点应变片覆盖的节点的应变并取平均值，作为齿根各测试点的仿真应变输出。

所述步骤(3)中采用实验数据与仿真数据均方差ε_τ作为反问题模型：

ϵτ=Σi=1n(ϵi0-ϵi*)2]]>

其中，n为测试点个数，为仿真得到的齿轮齿根测试点应变，为试验得到的齿轮齿根测试点应变。

所述步骤(4)中用到的优化方法为隔代映射小种群遗传算法。

与现有技术相比，本发明的优点在于：