1.一种基于齿形修正法的行星齿轮时变啮合刚度计算方法,其特征在于,该方法包括以下具体步骤:
步骤一:明确太阳轮、行星轮和内齿圈的各项基本参数,包括:齿数z,模数m,齿宽B,齿顶高系数ha*,顶隙系数c*,分度圆压力角α,变位系数为x(正变位时取正值,负变位时取负值),节圆压力角αw,材料的切变模量G,材料的弹性模量E,泊松比μ,转速n,传递功率P;
步骤二:明确太阳轮和行星轮半径为rf+c*m圆与基圆的相对位置关系,明确内齿圈齿顶圆与基圆之间的相对位置关系,rf表示齿根圆半径;
步骤三:计算太阳轮、行星轮和内齿圈的单个轮齿啮合刚度,包括:剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka、弯曲刚度kb、接触刚度kh和齿轮基体柔性变形刚度kf;
步骤四:计算综合时变啮合刚度,包括太阳轮与行星轮啮合的外啮合时变啮合刚度kspn和内齿圈与行星轮啮合的内啮合时变啮合刚度krpn;
所述步骤二中,明确太阳轮和行星轮半径为rf+c*m圆与基圆的相对位置关系,明确内齿圈齿顶圆与基圆之间的相对位置关系,其具体为:对太阳轮和行星轮分别进行齿数验证,当满足条件 时,该齿轮基圆半径rb小于rf+c*m,当满足条件 时,该齿轮基圆半径rb大于rf+c*m,对于内齿圈,内齿圈齿顶圆直径da始终大于基圆直径;
所述步骤三中,计算太阳轮、行星轮和内齿圈的单个轮齿啮合刚度,包括:剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka、弯曲刚度kb、接触刚度kh和齿轮基体柔性变形刚度kf,其具体计算方式为:
1)对于太阳轮和行星轮,基圆半径小于rf+c*m,包含基圆半径小于齿根圆半径情况,即时,剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka和弯曲刚度kb的计算公式为:Δh表示齿根过渡圆弧处的半弦齿厚,αx表示齿廓上任意位置的压力角,hix表示渐开线齿廓部分任意位置的弦齿厚,rx表示齿廓上任意位置半径,rcx表示轮齿当前啮合点(啮合点始终在齿廓工作段之间变动)到齿轮轴心的距离,Mcx表示啮合点处的啮合力对齿根部分的弯矩,其计算公式为:hf表示齿根圆上的弦齿厚,αcx表示当前啮合点处的压力角, hx表示齿廓上任意位置的弦齿厚,计算公式为:其中,hix和Δh的计算公式为:其中,a和b的计算方式为:
2 2 2
b=(0.5m(z‑2ha*‑2c*+2x)+0.38m) ‑a (8)invα=tanα‑α (10)接触刚度kh的计算公式为:
其中, ρ1、ρ2分别表示接触点位置两轮齿齿廓的曲率半径,E1、E2分别表示两轮齿材料的弹性模量,μ1、μ2分别表示两轮齿材料的泊松比,bc表示两齿轮轮齿啮合接触线长,用rx1、rx2分别表示两齿轮渐开线齿廓上任一点半径,用rb1、rb2分别表示两齿轮的基圆半径,则ρ1、ρ2的计算公式为:齿轮基体柔性变形刚度kf的计算公式为:其中,ufx表示啮合力延长线与轮齿径向对称线交点到齿根圆的最短距离,计算公式为:系数L*、M*、P*和Q*用Xi*进行表示,其计算公式为:其中,Ai、Bi、Ci、Di、Ei、Fi为常系数,θf表示轮齿齿根圆上半齿厚所对应的圆心角,具体计算公式为:
hfi=rf/rin (17)
2)对于太阳轮和行星轮,基圆半径大于rf+c*m,即 时,且啮合点在基圆与齿顶圆之间变化,剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka和弯曲刚度kb的计算公式为:hb表示齿轮基圆上的弦齿厚,啮合点在基圆与rf+c*m圆之间变动时,剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka和弯曲刚度kb的计算公式为:Mcx表示啮合点处的啮合力对齿根部分的弯矩,其计算公式为:
2 2 2
b=(0.5m(z‑2ha*‑2c*+2x)+0.38m) ‑a (32)接触刚度kh的计算公式为:
齿轮基体柔性变形刚度kf的计算公式为:系数L*、M*、P*和Q*用Xi*进行表示,其计算公式为:hfi=rf/rin (40)
3)对于内齿圈,剪切刚度ks、轴向拉压刚度ka和弯曲刚度kb的计算公式为:接触刚度kh的计算公式为:
齿轮基体柔性变形刚度kf的计算公式为:hfi=rf/fg (53)rg表示内齿圈基体的半径,系数L*、M*、P*和Q*用Xi*进行表示,其计算公式为:hfi=rf/rin (56)