(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 202210608465.X (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 重庆理工大 学 地址 400054 重庆市巴南区李 家沱红光大 道69号 (72)发明人 张卫青　郭瑞祺　郭晓东　谭儒龙　 (74)专利代理 机构 重庆华科专利事务所 5 0123 专利代理师 夏洪 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方 法 (57)摘要 本发明涉及一种螺旋锥齿轮的单齿啮合刚 度的获取方法， 所述方法具体为： 基于赫兹接触 模型， 获得螺旋锥齿轮加载接触状态下的接触印 痕范围； 将 接触印痕范围离散为二维齿廓边界元 模型， 形成若干对大轮齿廓片体和小轮齿廓片 体； 获取每个齿廓片体的局部接触力； 结合弹性 边界元法与赫兹线接触理论， 得到每对啮合大小 轮齿廓片体的接触变形量及弯曲变形量， 进而获 得单元片体的啮合刚度； 将所有的啮合刚度叠 加。 本发明相比于现有技术， 优化了计算方法， 减 少了获取 单齿啮合刚度的复杂程度。 权利要求书4页 说明书17页 附图8页 CN 114970027 A 2022.08.30 CN 114970027 A 1.一种螺 旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取 方法， 其特 征在于： 所述方法具体为： 基于赫兹接触模型， 获得螺 旋锥齿轮加载接触 状态下的接触印痕范围； 将接触印痕范围离散为二维齿廓 边界元模型， 形成若干对大轮齿廓片体和小轮齿廓片 体； 获取每个齿廓片体的局部 接触力； 结合弹性边界元法与赫兹线接触， 得到每对啮合大小轮齿廓片体的接触变形量及弯曲 变形量， 进 而获得单元片体的啮合刚度； 将所有的啮合刚度叠加。 2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方法， 其特征在于： 所述获 得螺旋锥齿轮加载接触状态下的接触印痕范围的方法具体为： 建立大轮和小轮啮合时的共 切平面， 将接触椭圆的长轴端点和短轴端点投影到所述共切平面上， 然后基于赫兹点接触 理论修正投影到所述共切平面的长轴矢量和短轴矢量， 所述接触椭圆是通过大轮和小轮产 生啮合时， 在转矩的作用下两齿面在其公切平面上产生形变并延展所 形成。 3.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方法， 其特征在于： 所述公 切平面上接触椭圆的长轴方向矢量可表示 为： 其中： 为大轮和小轮接触迹线上一点， 接触轨迹为接触椭圆的长轴； 为公切平面上 的接触椭圆长轴的方向矢量； 为修正后的椭圆长轴两端点在公切平面上的矢量； 为小轮回转轴的方向矢量； a为接触椭圆的长轴长度。 4.根据权利要求3所述的螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方法， 其特征在于： 将每一 啮合瞬时的接触变形区域内的轮齿部分进 行切片， 将其离散为二 维齿廓边界元模型的方法 具体为： .获得沿着所述接触椭圆的长轴方向， 获取若干个大轮的二维齿廓边界元网格和对 应的小轮的二维齿廓边界元网格， 其中每一个切片与大轮的二维齿廓边界元网格和小轮的 二维齿廓边界元网格一 一对应； 取法向载荷方向与边界元中性线交点为衡量齿廓变形的基准点， 将基准点沿法 向载荷 方向进行变形修 正获得齿廓弯曲变形。 5.根据权利要求4所述的螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方法， 其特征在于： 所述获 取齿廓片体的局部 接触面积S的方法为： 其中， 全椭圆定义为所述接触椭圆未超过齿面的情况， 半椭圆定义为所述接触椭圆超 过齿面的情况； 为全椭圆情况时， 若截距参数a1与a2均小于接触椭圆长轴a， 则 S＝S1+S2+S3；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114970027 A 2其中， 分别为左、 右、 中的片体截面与接 触椭圆长轴交点， 其中 为所要求取的齿廓片体截面与接触椭圆长轴交点， a为接触椭圆 长轴的长度， b为接触椭圆短轴的长度， Pi(x)、 Pi(y)为第i点的x值、 y值； 若a1或a2等于接触椭圆长轴a时， 则 其中λ为所要求取的齿廓片体段中性 面与接触椭圆长轴矢量的方向夹角。 6.根据权利要求4所述的螺旋锥齿轮的单齿啮合刚度的获取方法， 其特征在于： 所述获 取齿廓片体的局部 接触面积S的方法为： 当为半椭圆情况时， 对接触椭圆进行修剪； 设端点在大轮齿面齿顶范围内的条件为C1； 在小轮齿面齿顶范围内的条件为C2； 在齿长 范围内的条件为C3； 在大轮齿面 上端点到齿顶的距离 为D1； 在小轮齿面上端点到齿顶的距离 为D2； 在齿长方向上距小端和大端的距离中较大的距离为D3； 通过θtl为变量， 对椭圆一侧端 点进行迭代计 算， 令计算得到的大轮、 小轮对 应的共轭 接触线上的一点为PG、 PP， 可得判断条 件为下式： 式中： xpG为任意点P在齿面轴截面距离中心的 x方向的距离， θtl为螺旋锥齿轮齿面方程中接触点到刀尖的距离参数， Xo为轮冠， L为齿面任 意点P到齿轮轴 错交点的距离， Γa为齿轮面锥角， Ror为中点锥距， F为齿面宽， 下标G,P表示 大、 小轮。 当C1、 C2、 C3均大于0时， 点PG、 PP均在齿面范围内； 当C1、 C2、 C3不满足均大于0时， 此时需判 断该点于齿面边界的位置关系， 建立轮齿轴截面坐标系， 可得P点距齿顶的距离表达式为：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114970027 A 3