[发明专利]波动负载工况下直齿轮啮合刚度动态修正计算方法

说明书

本发明公开了一种波动负载工况下直齿轮啮合刚度动态修正计算方法，属于机械动力学技术领域。本发明包括：用能量法合成恒载工况下齿轮传动系统中传动齿轮副时变啮合刚度，计算各对齿轮副的平均啮合刚度，将平均啮合刚度代入齿轮传动系统的弯扭耦合模型，加载外部波动负载求解系统的横振和扭振响应；分析波动负载工况下横振和扭振响应对各对传动齿轮副实际啮合状态的影响；动态修正外部波动负载工况下直齿轮啮合刚度。本发明的优势在于：更为真实地反映直齿轮副的实际啮合状态；与传统的直齿轮啮合刚度计算方法不同，本方法认为啮合齿轮副的中心距、啮合角和重合度是变化的，而不是恒定不变的，与主从动轮的振动状态紧密相关。

技术领域

本发明属于机械动力学技术领域，具体涉及一种波动负载工况下直齿轮啮合刚度动态修正计算方法。

背景技术

齿轮传动系统因其传动平稳、工作可靠、传递效率高等特点，被广泛应用于交通运输、能源动力、石油化工和机械制造等领域。齿轮传动系统的运行工况及其所承受的外部载荷复杂多变，导致齿轮传动系统的动态响应复杂多变，难以准确预测。

齿轮的时变啮合刚度是齿轮系统的最重要的内部激励，建立能最真实反映齿轮实际啮合状态的时变啮合刚度计算模型，是准确预测和分析齿轮传动系统动态响应的关键。目前，针对齿轮传动系统不同内部故障下的齿轮啮合刚度计算与修正，众多专家学者基于能量法、有限元法进行了较为系统而全面的研究。所涉及的内部故障类型主要有：轮齿脱落、轮齿局部断裂、裂纹和点蚀等。

Chaari等建立了轮齿脱落和轮齿局部断裂两种典型故障对时变啮合刚度的影响模型，研究表明这两种故障会造成时变啮合刚度的衰减(Chaari F,Baccar W,Abbes M S,et al.Effect of spalling or tooth breakage on gearmesh stiffness and dynamicresponse of a one-stage spur gear transmission[J].European Journal ofMechanics-A/Solids,2008,27(4):691-705.)。Saxena等在计入摩擦力影响的条件下，研究了轮齿脱落的形状、大小以及位置三个因素对时变啮合刚度和系统动态响应的影响，发现轮齿脱落的三个因素对啮合刚度和系统响应具有显著影响(Saxena A,Parey A,ChoukseyM.Time varying mesh stiffness calculation of spur gear pair consideringsliding friction and spalling defects[J].Engineering Failure Analysis,2016,70:200-211.)。吴家腾等将应力强度因子引入裂纹齿轮的啮合刚度计算过程，基于解析有限元法提出了一种新的齿根裂纹啮合刚度计算方法(吴家腾,杨宇,程军圣.基于解析有限元的齿根裂纹时变啮合刚度计算方法[J].机械工程学报,网络出版:1-7)。冯松等针对运行过程中的齿面磨损，提出轮齿等弧长离散方法，计算分析了存在均匀磨损、微点蚀和宏观点蚀等齿面磨损时的齿轮啮合刚度(冯松,毛军红,谢友柏.齿面磨损对齿轮啮合刚度影响的计算与分析[J].机械工程学报,2015,51(15):27-32.)。