[发明专利]基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法

权利要求书

1.基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法，其特征在于，包括以下步骤:

步骤1：输出齿轮系统基本参数，包括齿轮参数、材料参数和载荷参数；

步骤2：确定齿轮初始啮合位置，将齿轮沿齿宽方向进行切片，确定各切片啮合状态，计算各切片轮齿刚度、切片耦合刚度和齿基刚度，并通过有限元模型确定齿基刚度修正因子；

步骤3：令轮齿初始啮合变形为δ，进一步确定啮合状态、非啮合状态各主动齿轮切片轮齿啮合变形δ_pi；

步骤4：计算各切片啮合力F_i、齿轮啮合力F_m，比较齿轮啮合力F_m与外载荷F，若|F-F_m|F_ε，设置一个新的啮合变形δ，重复步骤3；若|F-F_m|≤F_ε，即可得到载荷F下齿轮啮合变形δ；

步骤5：计算轮齿啮合刚度k_tt，进一步考虑齿基刚度k_tf，计算齿轮副啮合刚度k；

步骤6：在下一个啮合位置重复上述过程直到完成一个啮合周期的仿真，得到斜齿轮系统时变啮合刚度。

2.如权利要求1所述的基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法，其特征在于，所述步骤2还包括：

步骤2.1：将斜齿轮沿齿宽方向进行切片，每个切片视为薄片齿轮，每个薄片齿轮视为直齿轮；

步骤2.2：基于潜在能量法，计算各切片轮齿刚度；

步骤2.3：基于改进的多齿啮合齿基刚度计算方法，计算切片齿基刚度；

步骤2.4：基于切片耦合理论，计算切片耦合刚度；

步骤2.5：采用有限元分析软件ANSYS建立斜齿轮系统有限元模型，确定齿基刚度修正因子。

3.如权利要求2所述的基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法，其特征在于，所述步骤2.2所述的切片轮齿刚度计算公式为：

其中，k_b为所述切片轮齿弯曲刚度，∫(·)表示积分操作，表示分度圆压力角，cos(·)表示余弦操作，表示螺旋角，为啮合点和原点之间的水平距离，y₁,y₂分别表示过渡曲线和渐开线上任一点的水平坐标，是啮合点和轮齿中心线之间的距离，sin(·)表示正弦操作，E为弹性模量，I_y1,I_y2,A_y1,A_y2为过渡曲线和渐开线上任意位置处的截面惯性矩和横截面积,τ是位移角；k_s为所述切片轮齿剪切刚度，G为剪切模量；k_a为所述切片轮齿轴向压缩刚度；k_h为所述切片齿轮赫兹接触刚度，Δl为各切片厚度，ν为泊松比；k_t为所述切片轮齿刚度。

4.如权利要求2所述的基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法，其特征在于，所述步骤2.3所述的多齿啮合齿基刚度计算公式为：

其中，k_tf为所述的多齿啮合齿基刚度，λ为基体修正系数由有限元分析获得，k_f为基体刚度。

5.如权利要求2所述的基于切片耦合理论的斜齿轮时变啮合刚度分析方法，其特征在于，所述步骤2.4所述的切片耦合刚度计算公式为：

其中，表示第i和第(i+1)个切片耦合的刚度；C_c为切片耦合因子，对于斜齿轮该值为1；k_ti表示第i个切片的轮齿刚度；m为斜齿轮模数。