一种考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111999054A(43)申请公布日2020.11.27(21)申请号202010828286.8G06F119/04(2020.01)(22)申请日2020.08.17(71)申请人湖南大学地址410082湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号(72)发明人周长江王海航汪红兵洪广怀(74)专利代理机构深圳市兴科达知识产权代理有限公司44260代理人桂艳球(51)Int.Cl.G01M13/021(2019.01)G01B11/24(2006.01)G06F30/17(2020.01)G06F30/20(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书5页说明书11页附图4页(54)发明名称一种考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法(57)摘要本发明公开了一种考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法，本发明进行真实粗糙接触圆柱几何模型建立并且基于迭代计算出每对接触圆柱的间距；计算每个离散点的接触压力及磨损深度和沿啮合线的磨损；并且达到一定磨损后进行形貌更新和微凸体群重构及粗糙圆柱几何模型更新重构，模拟的情况更接近齿轮的真实情况，从而能够对齿轮的磨损程度和使用寿命等进行更加精准的预测。CN111999054ACN111999054A权利要求书1/5页1.一种考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、输入直齿齿轮参数，所述直齿齿轮参数包含齿数、模数、压力角、齿宽、变位系数、扭矩、主动轮转速、等效弹性模量、啮合周期数量和磨损系数；步骤二、得到直齿齿轮齿面的表面形貌，获得啮合线上的原始形貌离散点高度矩阵zi步骤三、利用最小二乘法将粗糙表面重构成微凸体群，沿啮合线的真实接触圆柱高度等于微凸体群的高度加上光滑圆柱高度，从而获得沿啮合线真实接触圆柱的表面形貌。步骤四、根据迭代运算计算出第j对接触圆柱间的平均间距Sj。步骤五、基于接触间距Sj，计算出每个离散点的接触压力及磨损深度。基于每个离散点的磨损深度，计算出第j个接触圆柱的平均磨损深度。步骤六、当最大的累积磨损量达到Y微米时，更新啮合线上的表面形貌，并重构微凸体群，继续运算；步骤七、重复步骤三至步骤六直至达到预期啮合周期n0。2.如权利要求1所述的考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法，其特征在于，所述步骤二中，利用光学显微镜测量出齿面的表面形貌或者利用快速傅里叶原理仿真出直齿齿轮齿面的表面形貌；所述光学显微镜包括白光干涉仪。3.如权利要求1所述的考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法，其特征在于，所述步骤三包括如下步骤：za＝q(x-xo)(x-x1)(1)式中，za为x轴坐标处离散点微凸体的高度；x0,x1分别代表原始粗糙表面离散点与粗糙表面平均高度线的第一交点和最后交点的x轴坐标；q为微凸体方程系数；公式(1)拟合的微凸体高度za与原始粗糙表面离散点zi的高度误差为Er：其中n表示单个微凸体上的离散点个数，xi表示第i个离散点的x坐标，Zi表示第i个离散点xi对应的z坐标，即高度坐标；根据表示微分算子，求解微凸体的系数q：微凸体的曲率半径R求解如下：真实接触圆柱的离散点所对应的表面形貌高度为：2CN111999054A权利要求书2/5页zr＝za+zc(5)zr为离散点所对应的实际接触圆柱上点的高度，za为离散点所对应的微凸体上点的高度，zc为离散点所对应的光滑接触圆柱上点的高度。4.如权利要求1所述的考虑实际齿面弹塑性接触的圆柱直齿磨损模拟方法，其特征在于，所述步骤四的步骤如下：当齿轮为单齿啮合时，单位齿宽接触载荷计算如下：式中，Fn为单齿啮合时单位齿宽接触载荷，Tp为主动轮的扭矩，B为齿轮的齿宽，db1是主动轮的直径；当齿轮为双齿啮合时，两对齿的单位齿宽接触载荷Fn1,Fn2计算如下：式中：kmi为第i个齿的时变啮合刚度，km12为齿的总时变啮合刚度；Fni为第i个齿的单位齿宽载荷；则，第j个接触圆柱的单位齿宽载荷表示为Fej，其中在单齿啮合时e＝n，在双齿啮合时，e＝n1或者n2；n1表示双齿啮合时的第一个齿，n2表示为双齿啮合时第二个齿；第j个圆柱接触半宽bj计算如下：式中，Rcj为第j个圆柱对的等效曲率半径，E’为等效杨氏模量；在粗糙圆柱对接触过程中，等效为一个粗糙圆柱与光滑平板接触；粗糙圆柱所承受载荷由圆柱上的微凸体承担；单个微凸体的压缩量为：ω＝z-S(9)式中ω表示微凸体的压缩量，z为微凸体顶点高度，S为平板到平均表面高度的间距；当微凸体处于弹性接触阶段时，即ω>ω1:Ae＝πRω(10)kt＝0.454+0.41υ(13)3CN111999054A权利要求书3/5页式中：Ae和Pe,分别代表弹性阶段微凸体实际接触面积和