(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211203775.X (22)申请日 2022.09.29 (71)申请人 福州大学 地址 350108 福建省福州市闽侯县福州大 学城乌龙江北 大道2号福州大 学 (72)发明人 姚立纲　陈颖　王兴盛　张大卫　 董文强　 (74)专利代理 机构 福州元创专利商标代理有限 公司 35100 专利代理师 蔡学俊　薛金才 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体 温度场的方法 (57)摘要 本发明提供了一种预测双圆弧弧齿锥齿轮 章动传动本体温度场的方法， 包括如下步骤： 步 骤s1： 作出齿轮啮合模型； 步骤s2： 根据齿 面接触 分析原理TCA， 求出双圆弧弧齿锥齿轮齿面上的 接触点； 步骤s3： 计算出相对滑动速度 、 最大 接触应力 、 齿面摩擦因素 ； 步骤s4： 求出q的 插值函数； 步骤s5： 将啮合面凸齿面和啮合凹齿 面离散出1个接触啮合区域； 步骤s6： 算出命令 流； 步骤s7： 计算出齿轮不同表面的对流换热系 数h； 步骤s8： 最终计算得到基于章动 传动的双圆 弧弧齿锥齿轮的温度场。 该技术方案创新性的将 齿轮TCA接触分析原理和APDL语言编程引入温度 场仿真分析中， 该方法具有方法简便、 效率高以 及所占内存较小等优点。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 115510582 A 2022.12.23 CN 115510582 A 1.一种预测双圆弧弧齿锥齿轮章动传动本体温度场的方法， 其特征在于， 包括如下步 骤： 步骤s1： 根据齿轮基本参数以及传动要求， 对双圆弧弧齿锥齿轮进行三维建模， 作出齿 轮啮合模型； 步骤s2： 根据齿面接触分析原理TCA， 双圆弧弧齿锥齿轮章动传动过程中相互啮合的接 触点具有相同的位置向量和法线向量， 计算公式如下： 其中， rm1和rm2为固定坐标系下的位置向量， nm1和nm2为固定坐标系下的法线向量， α1和α2 是双圆弧弧齿锥齿轮的圆弧角度， θ1和θ2是双圆弧弧齿锥齿轮齿向线夹角， 和 是两齿 轮转过的角度； 将式(1)中的 进行离散化， 求出其余5个参数， 进而确定啮合点坐标， 从齿 轮大端到齿轮小 端依次选取双圆弧 弧齿锥齿轮凸齿面和凹齿面各15个啮合 点； 步骤s3： 计算出相对滑动速度v12、 最大接触应力Pmax、 齿面摩擦因素f， 接着根据Hertz理 论求解得平均热流密度q,计算公式如下： 式中， v1和v2分别为外锥齿轮和内锥齿轮的运动速度； w1， w2分别为外锥齿轮和内锥齿轮 的角速度； r1和r2分别为坐标系下的径矢； Fn为法向接触力； a,b为接触椭圆长半轴和短半 轴； σ 平均接触应力； Ra为齿面粗糙度； ηd为润滑油的动力粘度； ηs为滑动速度之和； bb接触半 宽； β 为摩擦热流 量分配系数； 步骤s4： 利用Matlab工具Curve  Fitting Tool,求出q的插值函数， q为接触迹线距离函 数， 记为q(x)， 其中x为接触迹线上任意 一点距离齿轮大端的距离； 步骤s5： 在Ansys软件中建立三维模型， 并赋予齿轮材料属性及各项物理参数， 然后基 于离散化思想， 分别将啮合 面凸齿面和啮合凹齿面离 散出1个接触啮合区域； 步骤s6： 在Ansys经典界面， 利用s4计算出来的q(x)函数， 算出命令流， 返回Ansys   Workbench， 设置好参考坐标， 将计算出来的APDL命令流作为移动热源施加在离散出的区域 里， 即接触啮合区； 热源从齿轮大端开始 施加， 到齿轮小 端结束施加； 步骤s7： 计算出齿轮不同表面的对流换热系数h， 并且在Ansys软件中分别对齿轮各个 啮合面、 非啮合面， 以及齿轮端面进行编号， 利用APDL命令流根据编号选取相应面， 将对流 换热系数h加载到 选取的面上， 计算公式如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115510582 A 2式中， Nu怒谢尔数； 材料导热系 数λ； ω为齿轮旋转角速度； vf是润滑油运动粘度； α 为弧 齿锥齿轮半锥角； cf润滑油比热； ρf润滑油密度； z 外锥齿轮齿数； 步骤s8： 在有限元软件中， 结合s5、 s6、 s7中的边界条件， 根据边界公式， 最终计算得到 基于章动传动的双圆弧 弧齿锥齿轮的温度场。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115510582 A 3