恭喜长安大学蒋进科获国家专利权
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龙图腾网恭喜长安大学申请的专利一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN113962042B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-23发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202111257214.3,技术领域涉及:G06F30/17;该发明授权一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法是由蒋进科;刘钊设计研发完成,并于2021-10-27向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法在说明书摘要公布了:本发明涉及一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法,其考虑系统的安装误差、各内外齿轮及其左、右齿面的啮合相位及其力的耦合关系,建立人字齿行星齿轮系统DHPGs的齿面几何接触分析模型,获得啮合位置内外齿轮同时啮合齿对接触线离散点的初始接触间隙;建立各齿轮有限元模型,获得齿面节点柔度系数,并插值进一步获得啮合位置多齿对接触线离散点的柔度系数,根据变形协调、齿对力平衡等原理建立齿面承载接触分析方程,通过非线性规划方法求解得到加载后的轮齿变形、齿面载荷等,为高性能DHPGs的齿面设计及静、动力学分析奠定理论基础。该方法融合几何分析与力学分析为一体,仅需要一次有限元计算,提高了计算效率,为重要应用场合的人字齿行星系统、功率分汇流系统的传动性能分析提供关键技术。
本发明授权一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法在权利要求书中公布了:1.一种人字齿行星齿轮系统齿面耦合承载接触分析方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1、设定人字齿行星齿轮传动系统中齿轮基本参数;步骤2、人字齿行星齿轮传动系统存在多个齿轮副的啮合,且各齿轮副存在相位差及安装误差导致的几何特性的差异,为了体现几何特性的差异,将各啮合齿轮副的齿面接触分析方程转化到统一的固定坐标系,同时使各齿轮副的传动误差计算采用相同的初始转角,根据单对齿轮副TCA求解方法分别确定系统中各齿轮副及其左右齿面的相对初始间隙,即获得各齿轮副及其左右齿面的几何特性;采用齿面几何接触分析方法确定各齿轮副及其左右齿面的几何特性的方法如下:根据人字齿轮行星系统的齿面几何接触分析方程得到行星轮相对太阳轮齿圈的几何传动误差及接触点法向间隙,将几何传动误差转化为接触点齿间间隙,并与接触点法向间隙叠加,得到各齿轮副瞬时接触线上离散点的初始齿面间隙,将初始齿面间隙作为齿面接触的几何特性;人字齿轮行星系统的齿面几何接触分析方程如下: 其中,Ri、ni分别为齿面位矢及单位法矢,i=s,p,r表示太阳轮、行星齿轮、齿圈;为各齿轮的啮合转角;Mfi为从齿轮运动坐标系到安装参考坐标系变换矩阵,Lfi为其上3×3子矩阵;Rfi、Nfi为齿面在参考坐标系的位矢及单位法矢;所述初始齿面间隙的表达式如下:w=[w11…wa1,w12…wa2,…,wij…wab],其中wij=δij+cij式中wij为接触线离散点初始齿面间隙,i=1,…,a,a为接触线离散点个数,j=1,…,b,b为同时啮合的接触齿对个数,c为接触点法向间隙,δij为接触点齿间间隙;当人字齿星轮及其左、右齿面啮合存在相位差时,根据太阳轮和行星轮左、右齿面相位差进一步获得对正后的相对相位差,将相位差转换为法向位移,叠加到一侧的初始间隙中,得到星轮及其左右齿面包含相位差的系统齿轮副几何特性;步骤3、通过数值方法构建人字齿轮有限元网格模型,齿轮啮合位置的离散点力学特性采用矩阵表示,取边界条件为齿轮轮体部分两侧及下部边缘固定,利用有限元数值法计算得到齿轮N×N个网格节点柔度系数,结合这些网格节点柔度系数,再通过二元插值获得齿面瞬时接触线离散点的柔度系数,进一步通过合成获得系统啮合位置同时啮合齿对的接触线离散点的柔度系数矩阵,即获得齿面的力学特性;所述齿面瞬时接触线离散点的柔度系数的表达如下: 其中,Fkn为第n个啮合位置的法向柔度矩阵插值,需要通过以下逐步合成的方法获得,假设齿轮插值得到人字齿轮副左、右齿面瞬时接触椭圆长轴n个离散点的柔度矩阵为 假设啮合位置左、右端分别有M1、M2对轮齿同时啮合,则左、右同时啮合齿对的法向柔度矩阵为FpL、FpR,则左、右端同时啮合齿对法向柔度矩阵为Ft; 假设某一啮合位置有K个行星轮与齿圈分别同时啮合,其法向柔度矩阵插值为Fk; 步骤4、根据人字齿行星齿轮传动系统的几何特性和力学特性,并按照变形协调、啮合力平衡和非嵌入条件,建立人字齿轮行星系统的齿面承载接触分析方程,齿面承载接触分析方程以法向柔度矩阵Fk及其齿面初始间隙wk、法向啮合力P为已知输入量,采用数学规划法求解得到承载后的轮齿法向承载变形Z、接触线离散点载荷p和受载后的接触线离散点的法向接触间隙d,进而分析人字齿轮系统的传动性能;人字齿轮行星系统的齿面承载接触分析方程,内啮合表示如下: 将Z转化为啮合线上的位移,用转角形式表示即承载传动误差,齿轮副接触线上的载荷分配系数为受载后的接触线离散点载荷之和与总载荷之比,啮合位置行星轮左或右齿面的均载系数如下: 将行星轮左右齿面作为一个并联的弹簧人字齿轮内外齿轮副m的综合啮合刚度,表达式如下:
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