一种考虑多因素影响的锥齿轮错位量有限元计算方法

摘要

本发明涉及一种考虑多因素影响的锥齿轮错位量有限元计算方法，其包括以下步骤：1)建立由齿轮轴和轴承组成的主、从动齿轮支撑轴系模型；2)建立锥齿轮传动系统有限元模型；3)考虑热膨胀和公差配合的影响；4)考虑轴向热膨胀的影响；5)考虑主减速器壳体刚度的影响；6)求解锥齿轮传动系统的刚度方程，计算锥齿轮错位量。本发明在基于非线性轴承单元的轴系有限元建模方法的基础上，建立了锥齿轮传动系统的有限元模型，并由系统变形的计算结果求得锥齿轮错位量；考虑了热膨胀、公差配合和主减速器壳体刚度对系统变形和锥齿轮错位量的影响，解决了现有分析方法中无法全面考虑这些因素的问题，使得计算得到的锥齿轮错位量更接近实际情况。

主权项

一种考虑多因素影响的锥齿轮错位量有限元计算方法，其包括以下步骤：1)分别建立由齿轮轴和轴承组成的主、从动齿轮的支撑轴系有限元模型：通过建立考虑轴承刚度的耦合性和非线性的轴承单元模拟轴承，以及建立考虑剪切变形的欧拉梁单元模拟齿轮轴，分别得到主动齿轮和从动齿轮各自的支撑轴系的有限元模型及刚度矩阵；2)建立锥齿轮传动系统的有限元模型：过锥齿轮啮合参考点分别向主、从动齿轮轴线做垂线，将垂足作为齿轮中心点，在参考点与主、从动齿轮中心点之间分别以刚性梁单元模拟主、从动齿轮，两个刚性梁单元在参考点处通过等效啮合刚度矩阵进行耦合，以此得到整个锥齿轮传动系统的有限元模型及刚度矩阵，并在给定的外载荷下得到锥齿轮传动系统的刚度方程；3)考虑热膨胀和公差配合对轴承刚度的影响：分别计算由于热膨胀和公差配合产生的轴承内圈与齿轮轴以及轴承外圈与轴承座之间的过盈量，然后通过过盈量计算得到轴承内外圈的径向变形量之和，并加入到轴承内部变形计算公式中；4)考虑轴向热膨胀对轴系变形的影响：将齿轮轴的轴向热膨胀影响，等效为多组大小相等方向相反的轴向拉力，作用在齿轮轴的各轴段两端的节点上；5)考虑主减速器壳体刚度的影响：建立主减速器壳体的有限元模型，在各轴承中心所对应的位置设置凝聚节点，并将其与主减速器壳体上各轴承安装位置所对应的节点刚性连接，以凝聚节点为外部节点采用Guyan缩减法将主减速器壳体的刚度矩阵进行缩减，并将缩减后的主减速器壳体的刚度矩阵组集到锥齿轮传动系统的刚度矩阵中；6)求解锥齿轮传动系统的刚度方程，并计算锥齿轮的错位量：约束锥齿轮传动系统输出端节点的轴向转动自由度，采用牛顿‑拉普森方法迭代求解锥齿轮传动系统的刚度方程，得到齿轮轴上齿轮中心点处的位移，并分别计算出主、从动齿轮的错位量及齿轮副的综合错位量。