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专利号: 2016106641766
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法,专用于在高速、重载工况条件下使用的齿轮副中的两个齿轮的齿廓修形;

为叙述方便,以上述两个齿轮中齿数较少的那个齿轮为齿轮A、齿数较多的那个齿轮为齿轮B;若上述两个齿轮的齿数相等,则任意指定其中的一个齿轮为齿轮A,另一个齿轮为齿轮B;

其特征在于,所述齿轮A的第一复合齿廓修形曲线满足如下通式(1):通式(1)中:

k为第一项修形曲线表达式的指数,g为第二项修形曲线表达式的指数,α为两项修形曲线表达式的叠加系数,0≤α≤1,1≤k≤3,1≤g≤3;

ΔA为齿轮A的齿廓修形量,ΔA=(9+0.04Wt)×10-3,Wt为单位齿宽载荷;

lA为齿轮A的修形长度,为啮合线上对应的起始修形点到单双齿交替啮合点的距离;

Δi为第一复合齿廓修形曲线上任意一点Pi点对应的修形量;

li为第一复合齿廓修形曲线上任意一点Pi点到起始修形点在啮合线上对应的距离;

所述齿轮B的第二复合齿廓修形曲线满足如下通式(2):

通式(2)中:

s为第一项修形曲线表达式的指数,t为第二项修形曲线表达式的指数,β为两项修形曲线表达式的叠加系数,0≤β≤1,1≤s≤3,1≤t≤3;

ΔB为齿轮B的齿廓修形量,ΔB=(4+0.04Wt)×10-3;

lB为齿轮B的修形长度,lB=lA;

Δj为第二复合齿廓修形曲线上任意一点Qj点对应的修形量;

lj为第二复合齿廓修形曲线上任意一点Qj点到起始修形点在啮合线上对应的距离;

所述齿轮A的第一复合齿廓修形曲线和所述齿轮B的第二复合齿廓修形曲线,均是采用正交试验方法得到的;

所述正交试验方法的具体步骤如下:

第一步,将上述α、k、g、β、s、t作为正交试验的6个影响因素,分别在其取值范围内各自均匀选取w个数值,按照正交试验设计方法构造正交试验表,得到u组试验数据;

其中,w为正整数,3≤w≤8;

第二步,分别提取每组试验数据中的α、k、g代入到上述通式(1)中,得到u条第一复合齿廓修形曲线,作为备选的第一复合齿廓修形曲线;

分别提取每组试验数据中的β、s、t代入到上述通式(2)中,得到u条第二复合齿廓修形曲线,作为备选的第二复合齿廓修形曲线;

第三步,将所得全部备选的第一复合齿廓修形曲线和所得全部备选的第二复合齿廓修形曲线,分别按组进行齿轮A和齿轮B的模拟齿廓修形;然后,将每一组经过模拟齿廓修形后的齿轮A与经过模拟齿廓修形后的齿轮B,分别在计算机上进行仿真传动试验;

每一组仿真传动试验均包括以下步骤:

(1)、由操作人员根据齿轮副的结构参数和材料参数,在计算机上安装的ANSYS软件中建立齿廓修形齿轮副的装配模型,并依据载荷参数在装配模型上建立啮合仿真分析模型;

(2)、由ANSYS软件对啮合仿真分析模型进行求解,得到分析结果;

(3)、由操作人员根据分析结果,对齿廓修形齿轮副进行强度校核,并提取齿廓修形性能参数;将强度校核结果与提取的齿廓修形性能参数,作为该组仿真传动试验结果;

上述结构参数包括齿轮A齿数、齿轮B齿数、模数、压力角、齿轮A齿宽、齿轮B齿宽、齿轮A变位系数、齿轮B变位系数、齿顶高系数、顶隙系数、齿轮A轴孔直径、齿轮B轴孔直径、齿轮A轴孔倒角和齿轮B轴孔倒角;

上述载荷参数包括主动轮转速、主动轮输入转矩、使用系数、动载系数和总载荷系数;

上述材料参数包括齿轮A弹性模量、齿轮A泊松比、齿轮A密度、齿轮B弹性模量、齿轮B泊松比、齿轮B密度、齿轮A接触疲劳许用应力、齿轮B接触疲劳许用应力、齿轮A齿根弯曲疲劳许用应力和齿轮B齿根弯曲疲劳许用应力;

上述齿廓修形齿轮副的装配模型由齿轮A的模型C和齿轮B的模型D组成;

上述齿廓修形性能参数,包括传动误差的标准差和传动过程中的齿面载荷数据;

第四步,根据本次正交试验中各组仿真传动试验的结果,判断正交试验是否满足终止条件;上述是否满足终止条件的判断标准为:以至少存在一组仿真传动试验结果满足强度要求,且同时满足传动误差标准差小于或等于允许值的要求为标准;若满足,则终止正交试验;否则,进行新的正交试验;

若本次正交试验满足终止条件,则从满足终止条件的几组仿真传动试验中筛选出齿面载荷数据波动量最小的那组仿真传动试验,将该组仿真传动试验中,模型C所对应的那条备选的第一复合齿廓修形曲线,作为用于对齿轮A进行齿廓修形的第一复合齿廓修形曲线,模型D所对应的那条备选的第二复合齿廓修形曲线,作为用于对齿轮B进行齿廓修形的第二复合齿廓修形曲线;

若本次正交试验不满足终止条件,则修改取值个数w,对α、k、g、β、s、t重新均匀取值,按照正交试验设计方法重新构造正交试验表,重新得到若干条备选的第一复合齿廓修形曲线和若干条备选的第二复合齿廓修形曲线;

再重复第三步到第四步,进行下一次正交试验,直到得到第一复合齿廓修形曲线和第二复合齿廓修形曲线为止。

2.根据权利要求1所述的渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法,其特征在于,所述强度校核的方法如下:首先,根据ANSYS软件对啮合仿真分析模型进行求解所得到的分析结果,分别绘制出模型C的齿面接触应力的时间历程曲线、模型C的齿根弯曲应力的时间历程曲线和模型D的齿根弯曲应力的时间历程曲线;

然后,找出上述三条曲线中各自的最大值,分别为模型C的齿面接触应力、模型C的齿根弯曲应力以及模型D的齿根弯曲应力的极限应力值;

根据模型C的齿面接触应力的极限应力值、齿轮A的接触疲劳许用应力及齿轮B的接触疲劳许用应力二者中的较小值,计算得到齿轮副的齿面接触疲劳安全系数;

根据模型C的齿根弯曲应力的极限应力值和齿轮A的齿根弯曲疲劳许用应力,计算得到齿轮A的齿根弯曲疲劳强度安全系数;

根据模型D的齿根弯曲应力的极限应力值和齿轮B的齿根弯曲疲劳许用应力,计算得到齿轮B的齿根弯曲疲劳强度安全系数;

将上述齿轮副的齿面接触疲劳安全系数、齿轮A的齿根弯曲疲劳强度安全系数、齿轮B的齿根弯曲疲劳强度安全系数,分别与各自的许用安全系数进行比较,若均大于各自的许用安全系数,则满足强度要求;否则,不满足强度要求;

所述传动误差的标准差的计算方法如下:

首先,根据ANSYS软件对啮合仿真分析模型进行求解所得到的分析结果,分别读取模型C和模型D在啮合过程中,各自随时间变化所产生的角位移数值;

然后,根据所读取的全部角位移数值,结合对应的理论角位移,计算出随时间变化的传动误差值,并计算出传动误差的标准差。

3.一种如权利要求1所述的渐开线直齿圆柱齿轮副的齿廓修形方法配套的专用参数化CAD系统,其特征在于,基于Visual C++2012平台构建,使用微软MFC结合ANSYS参数化设计语言APDL命令流编写,专用参数化CAD系统的结构基于对话框形式设计;

所述专用参数化CAD系统包括以下六个模块,分别是:齿轮传动参数输入存储模块、确定正交试验数据模块、参数化齿廓修形齿轮副建模模块、参数化啮合仿真分析模块、齿廓修形齿轮副啮合性能指标提取模块、啮合性能评价模块:所述齿轮传动参数输入存储模块的输出作为确定正交试验数据模块的输入,所述确定正交试验数据模块的输出作为参数化齿廓修形齿轮副建模模块的输入,所述参数化齿廓修形齿轮副建模模块的输出作为参数化啮合仿真分析模块的输入,所述参数化啮合仿真分析模块的输出作为齿廓修形齿轮副啮合性能指标提取模块的输入,所述齿廓修形齿轮副啮合性能指标提取模块的输出作为啮合性能评价模块的输入;

齿轮传动参数输入存储模块,用于输入齿轮传动的结构参数、载荷参数、材料参数传动误差标准差允许值、齿面接触疲劳许用安全系数、齿轮A的齿根弯曲疲劳强度许用安全系数、以及齿轮B的齿根弯曲疲劳强度许用安全系数,并将这些参数进行存储以供后续模块调用;

确定正交试验数据模块,用于排布正交试验表,以供后续模块调用;

参数化齿廓修形齿轮副建模模块,用于建立齿廓修形齿轮副的装配模型,具体为:首先调用齿轮传动参数输入存储模块中的数据,计算建立齿廓修形齿轮副的装配模型所需要的其他参数,然后使用上述计算的参数和正交试验数据模块中的一行试验数据,后台调用APDL命令流编制的建模程序,精确建立齿轮A的模型C和齿轮B的模型D,并以IGES格式存储,供后续的啮合仿真分析及其他CAD/CAE软件调用;

参数化啮合仿真分析模块,用于建立齿廓修形齿轮副的啮合仿真分析模型,然后对啮合仿真分析模型进行啮合仿真分析,具体为:基于参数化齿廓修形齿轮副建模模块建立的齿廓修形齿轮副的装配模型,使用通过系统主界面输入的啮合仿真分析模型参数及啮合仿真分析参数,系统后台调用啮合仿真分析程序,实现参数化建立齿廓修形齿轮副的啮合仿真分析模型,并后台启动ANSYS软件完成啮合仿真分析,并将分析结果数据存入指定位置,供后续模块调用;

所述啮合仿真分析模型参数包括:网格类型、网格密度、材料参数;

所述啮合仿真分析参数包括:转矩、转速、加载时间;

所述啮合仿真分析程序由APDL命令流编写,适用于ANSYS10.0以上、14.5以下所有版本;

齿廓修形齿轮副啮合性能指标提取模块,用于提取齿廓修形齿轮副的啮合性能指标,以便后续模块对齿廓修形齿轮副的啮合性能进行评价,具体为:系统后台调用由APDL命令流编写的参数化程序,首先读取齿廓修形齿轮副模型在每一啮合位置的应力云图,绘制时间历程曲线图;

然后,分别读取在上述啮合仿真分析过程中模型C和模型D的角位移数值,计算出随时间变化的传动误差值,并计算出传动误差的标准差;

最后,读取在上述啮合仿真分析过程中模型C的齿面载荷数据;

所述应力云图包括:模型C的齿面接触应力云图、模型C的齿根弯曲应力云图、模型D的齿根弯曲应力云图;

所述时间历程曲线图包括模型C的齿面接触应力的时间历程曲线图、模型C的齿根弯曲应力的时间历程曲线图和模型D的齿根弯曲应力的时间历程曲线图;

所述啮合性能评价模块,用于对齿廓修形齿轮副啮合性能指标提取模块提取出的结果进行分析评价;

所述啮合性能评价模块具有两项功能,其中一项是对齿廓修形齿轮副进行强度校核,另一项是,显示齿廓修形性能参数;

待完成全部仿真传动试验后,在啮合性能评价模块中,按照强度校核结果满足要求、同时传动误差的标准差小于或等于允许值的原则,筛选出齿面载荷数据波动量最小的那组仿真传动试验;

然后,输出该组仿真传动试验中、模型C使用的那条备选的第一复合齿廓修形曲线和模型D使用的那条备选的第二复合齿廓修形曲线。