一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法

本申请涉及老化分析领域，具体而言，涉及一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法。

背景技术：

1、齿轮传动系统动力学是研究动态激励下齿轮系统动态特性的科学，齿轮磨损是研究运行过程中齿轮接触表面材料摩擦损耗的科学。现代机械设备随着向高端化与精密化的不断发展，对齿轮提出高速重载、精密低噪、长服役周期等要求，而磨损是机械设备最常见、最大量的一种失效形式，齿轮的磨损性能是齿轮能否长期稳定运行的关键，因此在考虑齿面微观几何形貌的情况下研究齿轮副齿面动态磨损具有十分重要的意义。

2、目前在考虑齿面微观几何形貌的情况齿轮副齿面动态磨损的研究还较为不足。其主要表现为以下方面：一、微观几何形貌是齿轮机构不可避免的影响因素之一，微观几何形貌所包括的不同修形和误差对齿轮齿面磨损的影响有很大的区别，相关的研究还鲜有报导；二、在齿轮传动系统运转过程中，不同转速情况下动载荷有很大的变化，进而造成不同的磨损结果，现有研究多是基于准静态情况，无法预测不同转速情况下的磨损结果。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其通过将齿面接触分析模型、系统动力学模型与齿面磨损模型相结合，能够更加真实地模拟不同微观几何形貌对齿面的动态磨损过程。

2、本申请是这样实现的：

3、本申请提供一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，包括以下步骤：

4、步骤一、建立考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型并计算啮合误差和啮合刚度；

5、步骤二、建立基于有限单元法的齿轮副动载荷计算模型并计算齿轮副法向啮合动载荷；

6、步骤三、基于archard模型计算齿轮副齿面磨损量；

7、步骤四、建立齿面动态磨损量预测模型预测磨损量。

8、在一些可选的实施方案中，建立考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型并计算啮合误差和啮合刚度包括以下步骤：

9、设定齿面初始误差量；

10、计算齿面接触点的法向柔度系数；

11、建立并求解齿面承载接触方程，得到静态传递误差、综合啮合误差和综合啮合刚度。

12、在一些可选的实施方案中，建立基于有限单元法的齿轮副动载荷计算模型并计算齿轮副法向啮合动载荷包括以下步骤：

13、基于有限单元法建立考虑齿轮刚度激励和误差激励的动力学模型；

14、使用傅里叶级数法求解动力学模型，得到静位移和动态位移，进而计算得到齿轮副法向啮合动载荷。

15、在一些可选的实施方案中，基于archard模型计算齿轮副齿面磨损量包括以下步骤：

16、将齿轮副法向啮合动载荷代入齿面承载接触方程，得到考虑齿面微观几何形貌的齿面动态载荷分布，再根据赫兹公式计算得到接触应力；

17、计算接触点曲率半径，进而计算接触半宽和相对滑动系数，得到各个接触点的滑动距离；

18、根据润滑油和齿面相关参数，利用回归公式计算膜厚比系数和边界润滑状态下磨损系数，得到动态磨损系数；

19、根据接触应力、各个接触点的滑动距离和动态磨损系数，采用archard公式计算考虑齿面微观几何形貌的齿轮副齿面磨损量。

20、在一些可选的实施方案中，建立齿面动态磨损量预测模型预测磨损量包括以下步骤：

21、当齿轮磨损一定程度后，对齿面进行曲率半径和误差量更新，结合步骤一中考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型、步骤二中齿轮副动载荷计算模型并计入润滑油黏度的影响，将轮齿与步骤三计算考虑齿面微观几何形貌的齿轮副齿面磨损量进行归一化黏度修正，获得不同状态下的磨损量。

22、本申请的有益效果是：本申请提供的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法包括以下步骤：步骤一、建立考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型并计算啮合误差和啮合刚度；步骤二、建立基于有限单元法的齿轮副动载荷计算模型并计算齿轮副法向啮合动载荷；步骤三、基于archard模型计算齿轮副齿面磨损量；步骤四、建立齿面动态磨损量预测模型预测磨损量。本申请提供的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法将齿面接触分析模型、系统动力学模型与齿面磨损模型相结合，能够更加真实地模拟不同微观几何形貌对齿面的动态磨损过程。

技术特征：

1.一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其特征在于，所述建立考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型并计算啮合误差和啮合刚度包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其特征在于，所述建立基于有限单元法的齿轮副动载荷计算模型并计算齿轮副法向啮合动载荷包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其特征在于，所述基于archard模型计算齿轮副齿面磨损量包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，其特征在于，所述建立齿面动态磨损量预测模型预测磨损量包括以下步骤：

技术总结
一种考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法，涉及老化分析领域。考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法包括以下步骤：建立考虑齿面微观几何形貌的接触分析模型并计算啮合误差和啮合刚度；建立基于有限单元法的齿轮副动载荷计算模型并计算齿轮副法向啮合动载荷；基于Archard模型计算齿轮副齿面磨损量；建立齿面动态磨损量预测模型预测磨损量。本申请提供的考虑齿面微观几何形貌的齿轮副动态磨损量预测方法将齿面接触分析模型、系统动力学模型与齿面磨损模型相结合，能够更加真实地模拟不同微观几何形貌对齿面的动态磨损过程。

技术研发人员：袁冰,王硕,王金龙
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4