一種考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械動(dòng)力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系 統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 時(shí)變嚙合剛度的計(jì)算是裂紋齒輪動(dòng)力學(xué)研宄的一個(gè)重要領(lǐng)域，許多研宄者提出了 計(jì)算時(shí)變嚙合剛度的模型，根據(jù)時(shí)變嚙合剛度的求法不同，現(xiàn)有的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力 參數(shù)確定方法主要有以下幾種方法：方法1:有限元法，此方法應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)樗懈?的準(zhǔn)確率同時(shí)可以模擬復(fù)雜的齒輪結(jié)構(gòu)，基于有限元模型，時(shí)變嚙合剛度可以通過(guò)在理論 接觸點(diǎn)上施加一個(gè)代表齒輪傳遞載荷的嚙合力或在嚙合輪齒之間建立接觸單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 但是此方法計(jì)算效率較低；方法2 :解析法，是基于具有高計(jì)算效率的變截面懸臂梁假設(shè)， 但是，它的計(jì)算準(zhǔn)確率低于有限元方法。時(shí)變嚙合剛度的解析法廣泛應(yīng)用于振動(dòng)估計(jì)和齒 輪故障診斷；方法3 :實(shí)驗(yàn)法，是基于傳統(tǒng)的光彈性技術(shù)來(lái)測(cè)量時(shí)變嚙合剛度的變化；方法 4:有限元分析法，結(jié)合了有限元法（高計(jì)算準(zhǔn)確性）和解析法（高計(jì)算效率）的優(yōu)點(diǎn)?；?于有限元分析模型，對(duì)于裂紋齒輪的時(shí)變嚙合剛度計(jì)算盡管為了提高計(jì)算準(zhǔn)確性許多因素 被考慮進(jìn)來(lái)，但是還是有許多限制需要突破，例如延長(zhǎng)嚙合作用和裂紋對(duì)齒輪基體剛度的 削弱。現(xiàn)在，許多研宄者在計(jì)算時(shí)變嚙合剛度時(shí)假設(shè)實(shí)際嚙合位置與設(shè)計(jì)的位置（此位置 假設(shè)輪齒為剛體）相同。但是，實(shí)際上齒輪是彈性的，且這種彈性（尤其在有裂紋時(shí)）可能 導(dǎo)致齒輪對(duì)比理論接觸點(diǎn)（由現(xiàn)有的不考慮延長(zhǎng)嚙合的解析法計(jì)算得到）提前嚙入，同時(shí) 延后嚙出，即，延長(zhǎng)嚙合現(xiàn)象。另外，由于兩個(gè)同時(shí)嚙合的輪齒公用一個(gè)齒體，將導(dǎo)致在雙齒 嚙合區(qū)的時(shí)變嚙合剛度遠(yuǎn)高于實(shí)際剛度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力參 數(shù)確定方法。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：
[0005] -種考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)確定方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟1 :獲取健康齒輪的基本參數(shù)和裂紋齒輪的基本參數(shù)及裂紋參數(shù)；
[0007] 步驟2 :建立齒輪的包含基體剛度的齒輪嚙合剛度模型；
[0008] 步驟2. 1 :令j為當(dāng)前齒輪嚙合位置，i= 1、2、3為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相鄰的三個(gè)齒對(duì)， 令不考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪對(duì)1處于嚙合狀態(tài)且齒輪對(duì)2剛發(fā)生接觸為初始位置，利用傳統(tǒng) 解析法建立第i對(duì)輪齒的齒輪嚙合剛度模型；
[0009] 利用傳統(tǒng)解析法建立第i對(duì)輪齒的齒輪嚙合剛度模型表示如下：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)確定方法，其特征在于，包括以下 步驟： 步驟1:獲取健康齒輪的基本參數(shù)和裂紋齒輪的基本參數(shù)及裂紋參數(shù)； 步驟2 :建立齒輪的包含基體剛度的齒輪嚙合剛度模型； 步驟2. 1 :令j為當(dāng)前齒輪嚙合位置，i = 1、2、3為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)方向相鄰的三個(gè)齒對(duì)，令不 考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪對(duì)1處于嚙合狀態(tài)且齒輪對(duì)2剛發(fā)生接觸為初始位置，利用傳統(tǒng)解析 法建立第i對(duì)輪齒的齒輪嚙合剛度模型； 步驟2. 2 :利用解析法建立齒輪在j嚙合位置時(shí)包含基體剛度的齒輪嚙合剛度模型； 步驟3 :計(jì)算考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪時(shí)變嚙合剛度； 步驟3. 1 :利用有限元方法計(jì)算齒輪的主動(dòng)輪的基體剛度和從動(dòng)輪的基體剛度，確定 包含基體剛度的嚙合剛度模型的主動(dòng)輪的齒輪基體剛度修正系數(shù)和從動(dòng)輪的齒輪基體剛 度修正系數(shù)； 步驟3. 2 :利用求解齒輪傳遞誤差方法確定齒輪的輪齒變形，得到不同嚙合位置的考 慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪嚙合剛度，即考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪時(shí)變嚙合剛度； 步驟3. 2. 1 :計(jì)算齒輪在初始位置時(shí)的包含基體剛度的齒輪嚙合剛度； 步驟3. 2. 2 :根據(jù)齒輪在j前一個(gè)嚙合位置時(shí)的包含基體剛度的齒輪嚙合剛度確定齒 輪在j嚙合位置時(shí)齒輪傳遞誤差； 步驟3. 2. 3 :根據(jù)齒輪在j嚙合位置時(shí)齒輪傳遞誤差確定齒輪在j嚙合位置時(shí)同時(shí)嚙 合的所有輪齒對(duì)的齒輪嚙合剛度，代入齒輪在j嚙合位置時(shí)包含基體剛度的齒輪嚙合剛度 模型，得到齒輪在j嚙合位置時(shí)的考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪嚙合剛度； 步驟3. 2. 4 :計(jì)算齒輪在不同嚙合位置的考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪嚙合剛度，即考慮延長(zhǎng) 嚙合的齒輪時(shí)變嚙合剛度； 步驟4 :確定齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度矩陣K ; 步驟4. 1 :獲取齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸及軸承的基本參數(shù)； 步驟4. 2 :利用矩陣變換將考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪時(shí)變嚙合剛度和齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的軸及 軸承的基本參數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展，得到齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度矩陣K ; 步驟5 :根據(jù)齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度矩陣K構(gòu)建出考慮延長(zhǎng)嚙合的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響 應(yīng)分析模型：Mii + (C + G)u + Ku = Fu，其中，M為齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣，c為齒輪轉(zhuǎn) 子系統(tǒng)的阻尼矩陣，G為齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的陀螺矩陣，u為齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的位移，*為u的一階 導(dǎo)數(shù)，ii為u的二階導(dǎo)數(shù)，F(xiàn) u為齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的外力向量； 步驟6 :獲取齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣M、齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼矩陣C和齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng) 的陀螺矩陣G，利用齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的剛度矩陣K，采用Newmark-0數(shù)值算法求解考慮延長(zhǎng)嚙 合的齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)分析模型，確定健康齒輪和裂紋齒輪的系統(tǒng)振動(dòng)響應(yīng)結(jié)果：齒 輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有特性、齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的時(shí)域分析圖和齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的頻域分析圖。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的考慮延長(zhǎng)嚙合的裂紋齒輪轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力參數(shù)確定方法，其特 征在于，所述的利用傳統(tǒng)解析法建立第i對(duì)輪齒的齒輪嚙合剛度模型表示如下：
其中，tcrfh為第i對(duì)輪齒的齒輪嚙合剛度，％為第i對(duì)輪齒的局部接觸剛度，K為第i 對(duì)輪齒的主動(dòng)輪的輪齒部分剛度，私第i對(duì)輪齒的從動(dòng)輪的輪齒部分剛度，4和g的計(jì)算 公式如下：
其中，4為第i對(duì)輪齒不包含裂紋時(shí)的主動(dòng)輪的輪齒彎曲剛度，G為第i對(duì)輪齒不包 含裂紋時(shí)的主動(dòng)輪的輪齒剪切剛度，&為第i對(duì)輪齒不包含裂紋時(shí)的主動(dòng)輪的輪