直齿轮时变啮合刚度解析方法原理与对比分析
李子圆1
周建星1
张景琦1
杨玉良2
郑国龙2
1.新疆大学 机械工程学院(智能制造现代产业学院),乌鲁木齐 8300002.金风科技股份有限公司,乌鲁木齐 830026
摘要：[目的]齿轮时变啮合刚度变化受初始参数、装配误差、重合度、磨损及热力耦合效应等多因素耦合影响.针对现有数值计算方法多样性导致的适用性边界模糊问题,基于齿轮啮合刚度基本计算原理,系统阐述并对比了几种典型的数值计算方法.[方法]首先,以圆柱直齿轮副为研究对象,建立参数化模型;其次,基于参数化模型,构建有限元模型;再次,采用模块化面向对象的编程思路,对选取的典型数值计算方法(ISO 6336-1:2019标准、石川法、Weber法、势能法)进行程序实现;最后,求解有限元模型并对各方法进行数值计算,进而从时变啮合刚度变化规律、单齿刚度、柔度成分、平均啮合刚度、平均单齿刚度等角度,展开综合对比分析.[结果]研究表明,ISO 6336-1:2019标准的工程适用性强,但无法构建时变模型;解析法与有限元法具有相通的力学原理,但受模型简化与理论差异影响,二者相对误差可达14%;解析法所得齿轮柔度自齿根至齿顶呈非线性递增,与啮合变形规律一致,佐证了其建模合理性,但针对复杂齿轮或特殊工况需修正模型以提升适应性;势能法在综合考虑基体变形耦合效应的前提下,能以接近有限元法的精度(误差约1%)显著提升计算效率.该研究揭示了不同方法的差异与共性,可为算法的选择及高精度、高效率的齿轮刚度计算模型开发提供参考.
关键词：时变啮合刚度解析法有限元法石川法势能法Weber法
分类号：TH132.417(机械零件及传动装置)
资助基金：国家自然科学基金(52465015)自治区科技计划项目(ZYYD2024QY04)自治区科技计划项目(2022B01017-3)
论文发表日期：2026-08-15
在线出版日期：2026-09-12（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 169-178,191 )
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