融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法.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CN107131282A(43)申请公布日2017.09.05(21)申请号201710430599.6(22)申请日2017.06.09(71)申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号(72)发明人王峰徐兴陈龙刘雁玲孙晓强李勇(51)Int.Cl.F16H55/17(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法(57)摘要本发明公开了融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，属于高速圆柱齿轮传动系统稳定性分析领域。首先由圆柱齿轮传动系统振动模型求得齿面相对振动位移，根据齿面振动位移的取值范围判定齿面的正常啮合/脱啮/齿背接触啮合状态，结合TCA、LTCA程序计算出的轮齿齿面时变啮合刚度，最终得到同时与啮合时间和齿面振动位移相关联的轮齿实时动态啮合刚度。本发明实现了考虑高转速下圆柱齿轮发生脱啮-齿背啮合状态下，同时计及啮合时间与齿面振动位移的实时动态啮合刚度计算，有助于理清圆柱齿轮齿面振动内部耦合接触机理，为进一步分析齿面间非线性振动特性提供新思路。CN107131282ACN107131282A权利要求书1/2页1.融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，首先由圆柱齿轮传动系统振动模型求得齿面相对振动位移，根据齿面振动位移的取值范围判定齿面的正常啮合/脱啮/齿背接触啮合状态，结合TCA、LTCA程序计算出的轮齿齿面时变啮合刚度，最终得到同时与啮合时间和齿面振动位移相关联的轮齿实时动态啮合刚度。2.根据权利要求1所述的融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法，其特征在于，具体过程如下：步骤1：首先分析高速圆柱齿轮传动系统中的主被动齿面啮合接触关系，具体地：当轮齿发生齿背啮合时，啮合轮齿的主从动关系会发生变化，产生了减速/增速传动的转换，即当轮齿正常啮合时，小轮齿面驱动大轮齿面，为减速传动；当系统振动使得轮齿发生齿背接触时，大轮齿面反过来驱动小轮齿面，系统瞬时表现为增速传动；步骤2：当齿轮发生齿背接触时，参与啮合的齿面发生变化，针对高速圆柱斜齿轮齿面实际啮合状态，分别对增/减速状态进行齿面承载接触分析，求得各自的齿面承载传动变形，依据下面公式计算得到啮合刚度；步骤3：再根据齿面/齿背动态接触状态，得考虑齿背接触特性的圆柱斜齿轮动态啮合刚度，如下面表达式所示，其同时与啮合时间和齿面振动位移相关，表现出较强的非线性特性；其中，λ为动态传递误差；b为1/2齿侧间隙；k1(t)为齿面正常接触啮合刚度；k2(t)为齿背接触啮合刚度；步骤4：为了求解动态传递误差λ，在建立的齿轮动力学模型基础上，建立如下表达式所示的的动力学方程：2CN107131282A权利要求书2/2页其中，yp、zp、θp、yg、zg、θg分别为高速、低速斜齿轮在端啮合线、轴向以及转动方向的振动位移；mp、mg、Ip、Ig分别为高速齿轮和低速齿轮的质量及转动惯量；Rp、Rg为高速齿轮和低速齿轮的基圆半径；cp1y、cp2y为高速齿轮左右两端轴承的径向支撑阻尼，cg1y、cg2y为低速齿轮左右两端轴承的径向支撑阻尼，kp1y、kp2y为高速齿轮左右两端轴承的径向支撑刚度，kg1y、kg2y为低速齿轮左右两端轴承的径向支撑刚度；cpz、cgz、kpz、kgz为系统轴向等效支撑阻尼和刚度；Fy、Fz分别为轮齿端面啮合线方向和轴向的动态啮合力；Tp、Tg为系统输入扭矩和负载扭矩；Fs为轮齿线外啮入冲击力；cm为齿面啮合等效阻尼；f(λ)为齿面动态相对振动位移非线性分段函数。3CN107131282A说明书1/4页融合齿背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法技术领域[0001]本发明广泛涉及高速圆柱齿轮传动系统振动激励、动态载荷、系统稳定性设计分析领域，特别涉及一种考虑背接触机理的高速圆柱齿轮动态啮合刚度计算方法。背景技术[0002]圆柱齿轮作为最常用的齿轮传动形式之一，不断朝着高速、重载方向发展，其自身的振动噪声问题一直是国内外学者和工程技术人员关注的热点。随着对产品和设备的安全性、可靠性和舒适性等要求的逐步提高，高速圆柱齿轮传动的振动噪声在某些重要场合所带来的负面效应愈显突出，成为亟待解决的关键问题。比如：[0003](1)航空传动方面。齿轮传动风扇发动机(GTF，GearedTurbofan)因为具有低排放、低噪声、低油耗和低维护费用等优点被市场认可，成为下一代民用发动机的主要发展方向之一。圆柱行星齿轮传动系统是其引入的核心机械部件，高转速下齿轮系统的振动噪声严重影响GTF发动机的效率、装机舒适性以及可靠性。(2)电动汽车传动