[发明专利]一种外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法

说明书

本发明公开了一种外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法，包括以下步骤：首选获取齿轮副中的主动齿轮和从动齿轮的基本参数；同时建立齿轮副的实验模型；之后判断齿轮副的当前理论啮合点所处的理论啮合区域；然后根据当前齿轮副的理论啮合点所处的理论啮合区域选取齿轮副中的三对齿建立三对齿待考察集合，并建立三齿动态接触状态矩阵模型；最后求解三齿动态接触状态矩阵模型，获取三对齿的啮合力向量中的各元素值，并判定出齿轮副的实际啮合状态，输出齿轮副动态啮合力；优点是通过建立三齿动态接触状态矩阵模型来计算外啮合直齿圆柱齿轮副的动态啮合力，操作流程简单且对硬件也没有过高的要求，可在机械领域内广泛使用。

技术领域

本发明涉及机械力学分析领域，尤其涉及一种外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法。

背景技术

外啮合直齿圆柱齿轮副是一种较为基础、简单的齿轮传动形式，在众多机械装置中经常可以看到，而外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的准确计算是进行齿轮系统动力学研究的重要一环，其直接决定了动力学模型的准确性。目前直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法主要有3种：（1）有限元法：借助有限元法可以准确计算齿轮动态啮合力，是一种较为广泛采用的方法。但是往往这种方法计算经济性较差，必须建立精细的有限元网格模型，求解比较耗时；（2）传统解析法：将多对受载轮齿的关系简化为相互并联的弹簧模型，利用材料力学悬臂梁假设对参与啮合的齿轮对的刚度进行计算，在此基础上计算得到齿轮动态啮合力，但由于这种方法忽略了结构耦合作用，因此采用传统解析法计算得到的结果存在较大误差；（3）实验法：是借助应变传感器、数据采集仪、可视化设备进行载荷分配率计算的一种方法，测量精度较高，但是对硬件要求较高，操作流程也比较复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法，该方法准确率较高、计算经济性也比较好，且操作流程相对简单、对硬件要求也低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种外啮合直齿圆柱齿轮副动态啮合力的计算方法，包括以下步骤：

S1、获取外啮合直齿圆柱齿轮副中的主动齿轮和从动齿轮的基本参数；

S2、建立外啮合直齿圆柱齿轮副的实验模型；

S3、根据实验模型判断齿轮副的当前理论啮合点所处的理论啮合区域；

S4、根据齿轮副的当前理论啮合点所处的理论啮合区域，选取齿轮副中的三对齿组成三对齿待考察集合，并顺着齿轮转动方向依次命名为1号对齿、2号对齿、3号对齿，同时建立三齿动态接触状态矩阵模型：Q₃F₃= E₃，其中：Q₃代表三对齿的柔度系数矩阵，F₃代表三对齿的啮合力向量，E₃代表三对齿的传动误差向量；

S5、求解三齿动态接触状态矩阵模型，获取三对齿的啮合力向量中的各元素值，并判定出齿轮副的实际啮合状态，同时输出齿轮副动态啮合力的计算数值。

作为优选，所述的步骤S4中，三对齿的柔度系数矩阵Q₃、三对齿的啮合力向量F₃以及三对齿的传动误差向量E₃分别为：

其中，代表第i号对齿的齿形误差；代表第i号对齿的啮合力；DTE代表当前给定齿轮副动态传动误差，代表第i号对齿的赫兹接触柔度，代表第i号对齿的齿体柔度，代表第i号对齿的基体诱导局部柔度，代表第j号对齿上的啮合力F_j在第i号对齿啮合点处产生的基体诱导耦合柔度。