[发明专利]一种齿轮动态啮合刚度计算方法及装置

权利要求书

1.一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，包括：

S1、获取齿轮副的几何参数、材料属性和齿轮运动状态参数；

S2、计算整体刚度矩阵、整体质量矩阵、整体阻尼矩阵和整体外载荷矩阵；

S3、基于S2中的参数建立齿轮啮合时的动力学分析有限元方程，并采用平均加速度法求解不同时刻啮合点的动态振动位移；

S4、根据动态振动位移计算齿轮副中两个齿轮的动态刚度，并得到单齿啮合刚度；

S5、根据齿轮副重合度将单齿啮合刚度进行叠加得到动态啮合刚度。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，所述平均加速度法中，平均加速度法步长dt_i的计算方法为：将啮合的齿轮渐开线齿廓划分为n个节点，计算啮合力从第i个节点到第i+1个节点的移动时间间隔，即第i个节点与第i+1个节点之间的距离除以两节点之间的啮合速度平均值。

3.根据权利要求1或2所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：

S21、计算齿轮中每个单元的单元刚度矩阵，并进行组装得到整体刚度矩阵{K}；

S22、计算齿轮中每个单元的单元质量矩阵，并进行组装得到整体质量矩阵{M}；

S23、计算齿轮中每个单元的单元外载荷矩阵，并进行组装得到整体外载荷矩阵{F}；

S24、计算整体阻尼矩阵{C}＝α{M}+β{K}，其中α为质量阻尼系数，β为刚度阻尼系数。

4.根据权利要求3所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，根据齿轮副的几何参数和材料属性计算齿轮中每个单元的单元刚度矩阵；采用直接组装法对每个单元的单元刚度矩阵进行相对位置的累加得到组装刚度矩阵；提取齿轮中被固定的内孔节点，在组装刚度矩阵中删除所有内孔节点对应的刚度矩阵得到整体刚度矩阵。

5.根据权利要求3所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，根据齿轮副的几何参数和材料属性计算齿轮中每个单元的单元质量矩阵；采用直接组装法对每个单元的单元质量矩阵进行相对位置的累加得到组装质量矩阵；提取齿轮中被固定的内孔节点，在组装质量矩阵中删除所有内孔节点对应的质量矩阵得到整体质量矩阵。

6.根据权利要求2所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，第i个节点的啮合速度v_ki可以由齿轮转速n_j计算得到：

其中N_xi和N_yi分别为第i个节点的x轴坐标和y轴坐标。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，所述S4中计算得到齿轮副中第一齿轮在t_i时刻的动态刚度为k_gi，第二齿轮在t_i时刻的动态刚度为k_pi，两者组合得到k_ci＝((k_gi)^-1+(k_pi)^-1)^-1，其中k_ci表示单齿啮合刚度。

8.一种齿轮动态啮合刚度计算装置，适用于如权利要求1所述的一种计算方法，其特征在于，包括：

运动状态模块，用于获取齿轮副所受外载荷数据和齿轮转速数据并输入处理模块；

三维扫描模块，用于获取齿轮副的几何参数并输入处理模块建立齿轮副模型；

处理模块，根据接收到的数据计算单齿啮合刚度，并根据齿轮副的重合度将单齿啮合刚度进行叠加得到动态啮合刚度。