人字齿轮副齿面修形补偿设计方法.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CN110321656A(43)申请公布日2019.10.11(21)申请号201910625776.5(22)申请日2019.07.11(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号西北工业大学(72)发明人刘更刘岚王海伟袁冰吴立言曹晓梅(74)专利代理机构西安铭泽知识产权代理事务所(普通合伙)61223代理人李振瑞(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称人字齿轮副齿面修形补偿设计方法(57)摘要本发明公开了人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，涉及机械设计技术领域，包括：(1)考虑轴系变形和轮齿啮合的耦合关系，建立了考虑轴系支承变形的人字齿轮副多点啮合准静态接触模型；(2)提出了齿轮副广义传递误差的概念并建立了考虑轴系支承变形的人字齿轮副啮合错位量的计算模型；(3)对于人字齿轮副，考虑轴系变形引起的齿面啮合错位，对齿面追加补偿修形，确定补偿修形参数。本发明通过对人字齿轮副的修形，有效提高了齿轮传动的稳定性，降低了系统的振动。CN110321656ACN110321656A权利要求书1/2页1.人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，其特征在于，包括以下步骤：将齿轮副中的主动轮和从动轮分别离散为一系列齿轮切片，建立切片式啮合面，将啮合面上的接触线离散为一系列接触点，建立接触点的变形协调条件，采用迭代法求解变形协调条件，得到主动轮和从动轮之间的刚体接近量和齿面载荷分布；将齿轮-轴-轴承系统离散为一系列轴系单元和非线性啮合单元，采用Timoshenko梁单元建立轴系单元模型，根据齿面载荷分布确定轴系单元的刚度矩阵，利用该刚度矩阵建立轴系单元的静力学平衡方程；建立非线性接触单元静力学平衡方程，根据单元的连接关系，采用有限单元方法组装轴系单元的静力学平衡方程和非线性接触单元静力学平衡方程，得到系统的静力学平衡方程；采用迭代法求解系统静力学平衡方程，得到啮合错位量；根据齿面载荷分布和啮合错位量分布情况，采用二次抛物线分别对人字齿轮副的左右啮合齿面进行补偿修形设计。2.如权利要求1所述的人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，其特征在于，接触点的变形协调条件为：式中，[λ]Global为接触点的宏观变形柔度矩阵，{F}为齿面载荷分布，{u}Local为接触点的局部接触变形，TLSTE为刚体接近量，{d}为加载后接触点之间的剩余间隙，{ε}为接触点之间的剩余间隙，Fi为接触点i的载荷，I为n维单位矩阵，P为齿轮副法向总载荷，n为齿轮切片的数量；齿轮副中每对接触点的刚度为：斜齿轮副第j个齿轮切片的啮合刚度为：式中，N为第j个齿轮切片的接触点数目；采用Timoshenko梁单元建立的第i个轴系单元的静力学平衡方程为：式中，为根据齿轮切片啮合刚度计算得到的第i个轴系单元的刚度矩阵，为第i个Timoshenko梁单元的广义坐标。3.如权利要求1所述的人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，其特征在于，建立的非线性接触单元静力学平衡方程的矩阵形式为：2CN110321656A权利要求书2/2页式中，为第i个非线性接触单元的啮合刚度矩阵，为第i个非线性接触单元的广义坐标。4.如权利要求1所述的人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，其特征在于，齿轮副啮合错位量为：式中，表示第i个齿轮切片沿法向啮合线方向的相对位移：式中，V为节点广义坐标向法向啮合线方向的投影矢量，写为：式中，rp和rg分别为主动轮和从动轮的基圆半径，α为齿轮副啮合角，ψ为安装相位角，βb为基圆螺旋角。5.如权利要求1所述的人字齿轮副齿面修形补偿设计方法，其特征在于，求解系统静力学平衡方程时，对轴承支承位置轴节点的三个扭转自由度和两个摆动自由度施加零位移约束，同时约束功率输出节点的扭转自由度，在功率输入节点的扭转自由度上施加扭矩。3CN110321656A说明书1/5页人字齿轮副齿面修形补偿设计方法技术领域[0001]本发明涉及机械设计技术领域，特别是涉及人字齿轮副齿面修形补偿设计方法。背景技术[0002]目前，尽管已有不少关于啮合错位对直/斜齿轮系统影响的研究，但是，在这些研究中，一般均对啮合错位进行了假设处理。作为影响齿轮副啮合错位的主要因素之一，轴系变形与制造/装配误差的影响有所不同。由于齿轮传动装置一般均在负载下工作，轴系发生的弯扭耦合变形是不可避免的，而轴系变形会对齿面实际接触状况产生显著影响，对于船舶、风电、大型搅拌机等重载工况下的齿宽较大的斜齿轮和人字齿轮则更为尤甚。[0003]作为齿轮系统减振降噪的主要手段之一，齿面修形技术被广泛应用于齿轮的设计与制造，并得到了国内外科研人员深入而广泛的研究。然而，目前关于齿轮修形设计与优化方法的研究，大多在确定