[发明专利]一种考虑热固耦合的齿轮系时变应力场计算方法

权利要求书

1.一种考虑热固耦合的齿轮系时变应力场计算方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一：确定齿轮系的啮合产热模型

齿轮系啮合产热有多种模型，目前最为常见的是根据油膜模型推倒的理论模型和在实践中总结出的经验模型，由于经验模型参数简单精度良好，所以选择Anderson and Loewenthal经验模型；

步骤二：确定经验模型的各项参数

Anderson and Loewenthal经验模型的参数分为三部分：齿轮对形状参数、润滑状态参数和工况参数，所以要确定这些参数需要对齿轮对、润滑状态和工况进行分析；需要确定的参数有八个，分别是齿宽、传递功率、主动齿轮转速、压力角、主动齿轮齿数、从动轮齿数、润滑油动力粘度以及模数；

步骤三：计算产热及分配产热功率

根据产热模型分别计算每一对齿轮的产热功率；假设一对齿轮的啮合产热过程中热量是均匀传导到两个齿轮上，把齿轮对的产热功率均分到两个齿轮上，得到每一个齿轮的产热功率；

步骤四：传热分析计算稳态温度场

齿轮系大都包括润滑和降温系统，所以齿轮系在产热时还包括传热过程并最终达到一个稳态温度场，采用Fluent有限元软件对传热进行分析；

步骤五：稳态温度场解析表达

在Fluent热传导分析步骤中，对齿轮的形状进行了相应的简化，简化成了相应的圆盘，最后得到的稳态温度场是圆盘半径的函数；通过对稳态温度场的插值计算得到相应的解析的温度场的表达式，并以此作为整个齿轮的温度分布函数；

步骤六：离散齿轮系的一个旋转周期及热固耦合静力计算

齿轮系的应力场具有周期性，其周期性是本齿轮的一个旋转周期，所以计算一个旋转周期内的应力场即可；把一个旋转周期离散为复数个样本点分别进行计算，步骤五得到的稳态温度场作为载荷施加到静力分析模型上，同时应该施加转速载荷以便考虑齿轮系离心力的作用，进行应力仿真得到具体啮合状况下的应力场分布；

步骤七：插值计算一个循环周期内的应力场

以上计算的到的应力场都是样本点的计算结果，将样本点的计算结果进行插值计算，即得到循环周期内的时变应力场。

2.根据权利要求1所述的一种考虑热固耦合的齿轮系时变应力场计算方法，其特征在于：步骤三、步骤五以及步骤七所述的操作均通过MATLAB编程计算完成。

3.根据权利要求1所述的一种考虑热固耦合的齿轮系时变应力场计算方法，其特征在于：步骤六通过ANSYS有限元软件进行计算，热固耦合应力仿真计算的步骤包括：设置接触方式，模型网格划分，施加扭矩、温度载荷、旋转载荷及约束和应力结果分析。