[发明专利]一种考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触特性分析方法

说明书

本发明一种考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触特性分析方法，该方法结合行星齿轮系统TCA技术求解各个齿轮副有限个接触离散点的初始齿面间隙；应用有限元法获得齿面节点柔度矩阵，各外(内)齿轮辐接触点的法向柔度通过分别插值太阳轮和行星轮齿面(行星轮和齿圈齿面)节点柔度并叠加获得；根据变形协调、法向力的平衡、齿面非嵌入条件、齿轮副法向力相等原理建立多齿对受力接触方程组，求解得到加载后的离散点载荷、轮齿变形及径向浮动量。本发明将行星轮系各齿轮副齿面几何分析与力学分析结合，计算获得加载后的齿面变形、啮合刚度、载荷分布、均载系数、径向浮动量，为高性能行星传动系统齿面的修形设计、均载分析、动力学分析奠定了理论基础。

技术领域

本发明属于航空、航海齿轮技术领域，具体涉及一种考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触特性分析方法。

背景技术

行星齿轮传动系统具有大传动比、承载能力高、高扭矩质量比、高传动效率、结构紧凑等优点，其广泛应用于航空、航海等高速、重载功率分流式的齿轮传动系统，其性能优劣直接影响着国防安全。齿轮承载接触分析(LTCA)技术是对重载下轮齿啮合过程进行数值仿真的一种重要分析方法，是联接几何设计与力学分析的一座桥梁，在各类齿轮的研究中起了相当关键的作用。LTCA仿真获得的齿面静态载荷分布及承载传动误差是衡量齿面啮合性能的主要指标。目前，LTCA方法主要是应用于单对齿轮副啮合的情况，由于行星齿轮传动功率分流的特点、各构件的浮动特性使得各齿轮副存在间隙及力的耦合关系，因此，传统的单对齿轮副LTCA方法不适用于多个星轮啮合的情况。尽管商业有限元软件是很有效的分析工具，然而有限元模型网格质量、齿面节点几何精度、齿轮副的正确装配已成为影响LTCA求解精度的关键因素，且分析计算非常耗时，增加了设计人员工作量。考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触分析(FPLTCA)技术是行星齿轮传动啮合性能的主要评价指标，国、内外在这方面目前尚处于空白，为了解决上述技术问题，特提出一种新的技术方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足，借鉴单对齿轮副LTCA技术，针对斜齿行星传动系统而提供一种考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触分析(FPLTCA)数值方法，获得齿面载荷分配、承载传动误差、啮合刚度、均载系数、径向浮动量等，该方法将齿轮系统的准确齿面几何与力学分析紧密结合，避免了有限元网格及方程的多次计算，极大的减少了计算工作量，为高性能行星传动齿面的修形优化设计、均载分析、动力学分析等奠定了理论基础。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种考虑浮动特性的行星传动多体齿轮承载接触特性分析方法，该方法首先根据齿轮啮合原理将刀具齿形表示在齿轮坐标系中获得标准渐开线齿面，内、外齿轮副的修形均放在行星轮上，通过修形齿条刀具获得修形齿面；结合行星齿轮系统几何接触分析技术求解的齿面各个齿轮副有限个离散点的齿面初始接触间隙，应用有限元法获得系统各齿轮的节点柔度矩阵，并插值得到内/外齿轮副同时啮合齿对的有限个接触离散点组成的柔度矩阵，根据变形协调、各行星轮力相等、同时啮合齿对力平衡原理建立多齿对受力接触方程组，通过非线性规划方法求解得到加载后的离散点载荷、轮齿变形及径向浮动量。

本发明进一步的改进在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤1：输入行星齿轮系统齿轮参数确定其它参数

齿轮基本参数包括：齿数、模数、压力角、螺旋角、齿宽、齿顶高、齿根高和刀具圆角半径，安装误差即轴交角误差、中心距简化为太阳轮、齿圈相对参考坐标系误差，各行星轮无安装误差；

步骤2：行星轮修形齿面表达

行星轮的两侧分别与齿圈和太阳轮啮合，齿圈由于尺寸较大，加工工艺复杂通常不修形，对齿圈的修形可放在行星轮上；对太阳轮的修形也可放在行星轮上；通过标准渐开线齿面与法向修形曲面叠加构造行星轮的修形齿面，或者通过修形齿条刀具获得行星轮齿面；太阳轮渐开线齿面通过齿条刀具展成获得，齿圈渐开线齿面通过渐开线齿轮按照插齿原理展成获得；