一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法、设备和介质技术

本发明专利技术具体涉及一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法、设备和介质。所述方法包括如下步骤：S1、建立斜齿轮副啮合冲击激励模型，并进行啮合冲击激励仿真；S2、进行模态分析，获得减速器外壳体刚度矩阵，以模态矩阵形式体现外壳体动态特性；S3、建立包括减速器壳体低价模态、轴和轴承支撑的两级传动减速器动力学模型；S4、利用动力学模型计算冲击激励下减速器动态响应。计算考虑综合激励即冲击激励和传递误差激励同时作用的情况下减速器系统的动态响应。器系统的动态响应。器系统的动态响应。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法、设备和介质


[0001]本专利技术涉及减速器振动噪声分析
，具体涉及一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法、设备和介质。

技术介绍

[0002]齿轮传动中由于制造安装误差和承载轮齿变形的存在，破坏了理想的啮合条件从而出现线外啮合冲击等不平稳啮合现象，导致齿轮产生强烈的振动和噪声及轮齿早期失效。齿轮激励主要包括传递误差和啮合冲击。有理论普遍认为啮入冲击是影响齿轮振动噪声的重要原因之一，因此研究分析啮入冲击特性从而控制减小啮入冲击产生的振动具有重要的理论及实际意义。目前的齿轮传动仿真软件对于传递误差的仿真支持较普遍，但对于啮合冲击仿真较欠缺，无法综合考虑冲击激励和传递误差激励同时作用下系统的动态响应；或者采用常规的有限元方法进行响应计算，效率较低。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法、设备和介质。计算考虑综合激励(冲击激励和传递误差激励同时作用)情况下减速器系统的动态响应。
[0004]所述方法包括如下步骤：
[0005]S1、建立斜齿轮副啮合冲击激励模型，并进行啮合冲击激励仿真；
[0006]S2、进行模态分析，获得减速器外壳体刚度矩阵，以模态矩阵形式体现外壳体动态特性；
[0007]S3、建立包括减速器壳体低价模态、轴和轴承支撑的两级传动减速器动力学模型；
[0008]S4、利用动力学模型计算冲击激励下减速器动态响应。
[0009]进一步，步骤S1中，所述啮合冲击激励仿真包括确定啮入冲击点位置、计算啮入冲击速度和计算啮入冲击力。
[0010]进一步，所述啮入冲击点位置为几何传动误差曲线和承载传动误差曲线的交点所在处。
[0011]进一步，所述计算啮入冲击速度的方法为将啮入冲击点小轮转角代入齿面展成与接触分析计算模型，得到啮入冲击点的大小轮在固定坐标系下的位置矢量，以及法向矢量，进而得到啮入冲击点的相对速度。
[0012]进一步，所述计算啮入冲击力的方法为计算齿轮副啮入冲击点的冲击动能E
k
，根据冲击动能计算轮齿之间产生冲击的最大变形量δ
s
，与之相对应的冲击力F
s
则为啮入冲击力。
[0013]进一步，建立步骤S3中所述动力学模型的方法为首先建立齿轮副啮合单元，将各啮合副连同柔性轴、输入输出轴、中间轴和轴承的动力学方程耦合在一起，即将齿轮啮合单
元、轴单元以及轴承单元连接起来，最终获得整个齿轮传动系统的动力学模型。
[0014]进一步，所述齿轮啮合单元在动力学模型中表示为两质点之间的连接，啮合齿对中的两齿轮分别等效为具有六个自由度的质点，适用于弯
‑
扭
‑
轴
‑
摆的振动状态耦合情况。
[0015]进一步，所述轴单元在动力学模型中表示为一条线段，适用于轴的弯曲、扭转和剪切变形情况，所述轴承单元在动力学模型中表示为一个仅受压力的弹簧，适用于定义弹簧刚度属性。
[0016]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述方法的步骤。
[0017]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
[0018]本专利技术的有益效果为：首先基于轮齿接触分析和轮齿承载接触分析，得到精确的啮入冲击点位置，并计算啮入冲击速度，对啮入冲击力进行计算，同时可较全面地分析不同外载荷、不同输入转速对线外啮入冲击力影响；然后建立专用的单元以用于模拟减速器系统的啮合副、柔性轴、轴承子系统以及几何结构复杂的箱体，且这种模型可以支持参数化的修改及调用以避免不必要的重复建模工作，并可以计算考虑综合激励(冲击激励和传递误差激励同时作用)情况下系统的动态响应，这能够极大提高减速器动力学分析与设计的效率。
附图说明
[0019]图1为齿轮啮合齿对的简化模型示意图；
[0020]图2为减速器动力学模型示意图。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]本专利技术实施例提供一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法，所述方法具体为：
[0023](1)建立斜齿轮副承载传动误差激励模型，并进行啮合冲击激励仿真：
[0024]将柔度矩阵、有限元和非线性规划等结合在一起，基于有限元柔度矩阵的非线性规划法，建立了斜齿轮承载啮合的仿真模型，提出了斜齿轮承载接触分析的方法，进而得到齿轮承载传递误差。
[0025]建立斜齿轮副承载传动误差激励模型的方法具体为：
[0026]①
首先根据渐开线斜齿轮齿形结构特点，计算出轮齿端面节点坐标，将端面节点沿齿轮轴向延伸并同时绕齿轮回转轴线旋转以得到整个斜齿轮全部节点，生成三维有限元网格。
[0027]②
斜齿轮副齿面法向柔度矩阵为齿面作用单位法向载荷时产生的齿面接触点法向柔度矩阵。齿面接触点柔度系数λ
ij
的定义为当齿面点作用一个单位法向载荷时，点产生的法向位移。
[0028]将相啮合的一端斜轮齿副进行有限元网格划分。假定该对轮齿的工作齿面有N个网格角节点，利用有限元计算得到N
×
N个网格节点柔度系数λ
ij
(i＝1，2，
…
，N；j＝1，2，
…
，N)。假定齿面接触线(椭圆长轴)上有n个离散点，通过插值得到n
×
n个接触点柔度系数λ
ij
(i＝1，2，
…
，n；j＝1，2，
…
，n)。同一几何参数的齿轮副只需要进行一次有限元计算，将得到的网格结点的柔度系数存储起来，当啮合印痕发生改变时，只需要重新插值就可以获得瞬时长轴离散点的柔度系数。
[0029]③
最后结合变形协调方程、力平衡及非嵌入条件求解，可以得到啮合点处轮齿变形后的法向位移。
[0030](2)建立斜齿轮副啮合冲击激励模型，并进行啮合冲击激励仿真：
[0031]所述啮合冲击激励仿真包括确定啮入冲击点位置、计算啮入冲击速度和计算啮入冲击力。
[0032](3)通过模态分析，获得减速器外壳体刚度矩阵，即对减速器外壳体进行模态分析并缩聚外壳体轴承孔节点处的动态刚度和质量矩阵，进而能够以模态矩阵形式体现外壳体动态特性。
[0033](4)建立包括减速器壳体低价模态、轴和轴承支撑的两级传动减速器动力学模型，结合了有限元方法和集中质量法的优点，并可以实现参数化的修改，兼顾了计算工作量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑齿轮啮合冲击激励的减速器动态响应计算方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1、建立斜齿轮副啮合冲击激励模型，并进行啮合冲击激励仿真；S2、进行模态分析，获得减速器外壳体刚度矩阵，以模态矩阵形式体现外壳体动态特性；S3、建立包括减速器壳体低价模态、轴和轴承支撑的两级传动减速器动力学模型；S4、利用动力学模型计算冲击激励下减速器动态响应。2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，步骤S1中，所述啮合冲击激励仿真包括确定啮入冲击点位置、计算啮入冲击速度和计算啮入冲击力。3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述啮入冲击点位置为几何传动误差曲线和承载传动误差曲线的交点所在处。4.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述计算啮入冲击速度的方法为将啮入冲击点小轮转角代入齿面展成与接触分析计算模型，得到啮入冲击点的大小轮在固定坐标系下的位置矢量，以及法向矢量，进而得到啮入冲击点的相对速度。5.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，所述计算啮入冲击力的方法为计算齿轮副啮入冲击点的冲击动能E
k
，根据冲击动能计算轮齿之间产生冲击的最大变形量δ
s
，与之相对应的冲击力F
s
则为啮...

【专利技术属性】
技术研发人员：史同杰，岳贵平，姜永顺，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：