[发明专利]一种齿轮副啮合特性分析方法

权利要求书

1.一种齿轮副啮合特性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10：针对获取的齿轮副的本地有限元模型，在啮合点周围区域刚性化和/或约束主动轮和从动轮的齿根圆附近节点的全部自由度，得到第一总体刚度矩阵τ为无量纲啮合时间；

根据所述第一总体刚度矩阵确定所述齿轮副的轮齿刚度k_tooth(τ)；

步骤S20：针对获取的齿轮副的本地有限元模型，对轮齿区域刚性化和/或约束主动轮和从动轮的内孔附近节点的全部自由度，得到第二总体刚度矩阵

根据所述第二总体刚度矩阵分别确定主动轮的基体刚度k_fp(τ)和从动轮的基体刚度k_fg(τ)；

步骤S30：根据所述齿轮副的轮齿刚度k_tooth(τ)、主动轮的基体刚度k_fp(τ)和从动轮的基体刚度k_fg(τ)，确定所述齿轮副的时变啮合刚度k_(τ)。

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，在步骤S10或步骤S20之前，还包括：

步骤S100：根据获取的直齿齿轮副的几何参数及运行参数，生成建模文件；

步骤S200：根据所述建模文件，由有限元建模工具软件建立所述直齿齿轮副的通用有限元模型，并输出描述所述有限元模型的单元-节点文件；

步骤S300：根据获取的所述有限元模型的单元-节点文件，由解算工具软件建立所述直齿齿轮副的本地有限元模型。

3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S10中，约束主动轮和从动轮的齿根圆附近节点的全部自由度，包括：

约束位于(1±α)*r_f区域内的有限元单元的各节点沿x方向和y方向的直线移动自由度，其中，r_f为齿根圆半径，α为0与0.05之间的常数，所述有限元单元为平面四边形等参数单元。

4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S10中，在啮合点周围区域刚性化，包括：

将以啮合点为圆心、以β*m为半径内的有限元单元的弹性模量的数值调整为原始弹性模量的γ倍，其中，β为大于0.05、小于0.4的常数，m为齿轮模数；γ为大于500且小于1000的常数。

5.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S20中，约束主动轮和从动轮的内孔附近节点的全部自由度，包括：

约束位于(1+b)*r_i区域内的有限元单元的各节点沿x方向和y方向的直线移动自由度，其中，r_i为主动轮或从动轮的内孔半径，b为0与1之间的常数，所述有限元单元为平面四边形等参数单元。

6.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S20中，对轮齿区域刚性化，包括：

将位于齿根圆与齿顶圆之间区域内的有限元单元的弹性模量的数值调整为原始弹性模量的a倍，其中，a为大于500且小于1000的常数。

7.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，所述步骤S10中，确定所述齿轮副的轮齿刚度k_tooth(τ)，包括：

根据第一公式确定轮齿静态传递误差E_r(τ)，所述第一公式为：

其中，k_ti为参与啮合的第i对轮齿的啮合刚度，i＝1,2,3；E_max为最大齿廓偏差；E_p1(τ)和E_p2(τ)分别为参与啮合的两对轮齿的齿廓偏差；Sa为接近距离；Sr为分离距离；F为总啮合力。

8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于，所述直齿齿轮副的几何参数包括：修型长度和修形量。