[发明专利]一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法

权利要求书

1.一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，包括如下步骤：

第一步：分析花键装配特征信息

第二步：建立理想花键几何外形模型

第三步：添加装配特征信息

第四步：建立接触动力学模型

第五步：仿真结果求解。

2.根据权利要求1所述的一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，其特征在于：所述的分析花键装配特征信息步骤，根据花键装配过程中花键定位、配合要求，确定建模过程中所需的花键装配特征信息，如配合公差、尺寸公差、位置公差。

3.根据权利要求1所述的一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，其特征在于：所述的建立理想花键几何外形模型步骤，根据矩形花键的形状外形特点，建立描述花键外形特征点与特征面理想位置的二维数学模型。

4.根据权利要求1所述的一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，其特征在于：所述的添加装配特征信息步骤，将第一步所分析的装配特征信息，根据GPS理论中对于误差与公差的关系、几何空间中误差分布的定义将公差映射到花键对应的几何尺寸上，根据中心极限定理和正态分布模型得到误差值。

5.根据权利要求1所述的一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，其特征在于：所述的建立接触动力学模型步骤，根据赫兹接触力学理论和罚函数法，计算接触刚度和阻尼系数，以外花键特征点穿透内花键特征面的垂直距离为齿侧穿透深度，以内外花键小径定心面从点相对于靶点的穿透深度作为径向穿透深度，建立接触动力学模型。

6.根据权利要求1所述的一种基于装配特征信息的矩形花键接触动力学仿真方法，其特征在于：建立基于牛顿-欧拉动力学方程的差分动力学方程，利用穿透深度、接触刚度和阻尼系数来计算接触力并用不动点迭代法解算动力学方程，其每一步解算结果即为当前时刻物体的运动状态，建立差分动力学方程如下式所示

axt=Fxt/mayt=Fyt/mαzt=Mzt/Jzvxt+1=vxt+axtΔtvyt+1=vyt+aytΔtωzt+1=ωzt+αztΔtpxt+1=pxt+vxtΔtpyt+1=pyt+vytΔtθzt+1=θzt+ωztΔt]]>

式中，t与t+1代表当前步和下一步，Δt代表仿真步的时间步长，a_x，a_y和α_z是沿X轴、Y轴的加速度以及沿Z轴的角加速度，v_x，v_y和ω_z是沿X轴、Y轴的速度以及沿Z轴的角速度，p_x，p_y和θ_z是沿X轴、Y轴的位移以及沿Z轴的角位移。F_x，F_y和M_z是沿X轴、Y轴的合力以及沿Z轴的合力矩，由下式计算

Fx=Fax+FcontactxFy=Fay+FcontactyMz=Maz+Mcontactz]]>

式中，F_ax、F_ay和M_az代表x、y方向的主动力和z方向的主动力矩，F_{contact x}、F_{contact y}和M_{contact z}代表因接触约束产生的在x、y方向的约束力和z方向的约束转矩，通过不断迭代求解动力学方程，算出每一步的花键位移、速度、加速度和接触力，即可得到花键在初始条件下每一时刻的运动状态。