[发明专利]一种考虑非均匀分布齿根裂纹故障的仿真方法

权利要求书

1.一种考虑非均匀分布齿根裂纹故障的仿真方法，其特征在于，包括：

步骤1：将齿轮沿齿宽方向分解为多个独立的切片齿，基于每个所述切片齿的角位移建立切片齿动态传递误差计算公式；

以及，基于变截面悬臂梁理论建立裂纹参数作用下的切片齿时变啮合刚度计算公式；

基于所述切片齿动态传递误差计算公式与齿根裂纹影响下的切片齿时变啮合刚度计算公式求解切片齿的动态啮合力；并根据所述切片齿的动态啮合力建立基于切片齿的齿轮传动系统动力学方程；

其中，所述切片齿动态传递误差计算公式为：

δ_i＝-R_bgβ_gy-R_bpβ_py-[(Z_g-L_iβ_gx)-(Z_p-L_iβ_px)]cosα_r-[(X_p+L_iβ_pz)-(X_g+L_iβ_gz)]sinα_r-err_i

其中，δ_i为第i个切片齿的动态传递误差，R_bg\R_bp为大\小齿轮基圆半径，单位为：m；β_g\β_p为大\小齿轮角位移，单位为：rad，下标x\y\z分别表示绕该方向的转动；Z_g\Z_p为大\小齿轮质心垂向位移，单位为：m；X_g\X_p为大/小齿轮质心纵向位移，单位为：m；err_i表示第i个切片齿装配制造误差和齿廓修形；L_i表示切片齿质心与整个齿轮质心的距离，单位为：m；

步骤2：对当前待仿真齿轮的使用状况进行评估，根据评估结果设定当前待仿真齿轮的裂纹参数，采集当前待仿真齿轮的设计参数，并将所述设计参数与裂纹参数代入所述基于切片齿的齿轮传动系统动力学方程中，求解得到当前待仿真齿轮的动力学响应。

2.根据权利要求1所述的考虑非均匀分布齿根裂纹故障的仿真方法，其特征在于，所述设计参数包括：齿轮模数、齿轮齿数、齿轮压力角、齿宽、弹性模量、泊松比、齿顶高系数、顶隙系数；

所述裂纹参数，包括：裂纹长度、裂纹深度、裂纹交角。

3.根据权利要求1所述的考虑非均匀分布齿根裂纹故障的仿真方法，其特征在于，所述根据多个所述切片齿的动态啮合力建立齿轮系统动力学方程，包括：

步骤101，基于所述切片齿的动态啮合力以及每个所述切片齿质心到整个齿轮质心的距离求解每个切片齿的动态啮合力相对于齿轮质心产生的非平衡力矩；

步骤102，基于多个所述切片齿的动态啮合力相对于齿轮质心产生的非平衡力矩，齿轮啮合力和轴承支承力来建立所述基于切片齿的齿轮传动系统动力学方程。

4.根据权利要求1所述的考虑非均匀分布齿根裂纹故障的仿真方法，其特征在于，所述基于不同裂纹深度切片齿相对于齿轮质心产生的侧滚和摇头振动的动力学方程为：

其中，N_z(k,1)表示左侧轴承内外圈垂向接触力；N_z(k,2)表示右侧轴承内外圈垂向接触力；N_x(k,2)表示右侧轴承内外圈纵向接触力；N_x(k,1)表示左侧轴承内外圈纵向接触力；J_x\J_z为侧滚和摇头的转动惯量；ns为切片齿数量；k＝1\k＝2分别表示大\小齿轮；为非均匀啮合力产生的侧滚非平衡力矩；为非均匀啮合力产生的摇头非平衡力矩。