(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211006116.7 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 王延忠　李振朋　鲁博佶　聂硕硕　 白景瑞　苏玉璐　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙 度渐变劣化计算方法 (57)摘要 本专利为一种基于圆柱直齿轮啮合过程的 表面粗糙度渐变劣化计算方法， 包括： 1.考虑粗 糙度劣化实时影响， 计算实际啮合线的长度， 确 定啮合线上单双齿区间的区域划分； 2.计算啮合 点切向速度、 等效曲率半径、 啮合接触半宽以及 每个啮合点相对滑移距离； 3.构建齿轮单次啮合 时各啮合点的表面磨损计算模型， 准确计算单次 啮合磨损量； 4.给定初始齿 面粗糙度后仿真计算 出啮合N次的齿面磨损情况， 并计算出对应的齿 面粗糙度变化规律。 本发明准确的提出了圆柱直 齿轮不同啮合次数下， 齿面表 面磨损量的计算方 法及表面粗糙度渐变劣化状态， 还能够根据给定 的初始粗糙度， 快速获得一定啮合次数下的表面 粗糙度， 大大提升了齿轮在啮合全 过程中的表面 粗糙度计算及性能预测效率， 大大降低圆柱直齿 轮性能调控成本 。 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 CN 115358076 A 2022.11.18 CN 115358076 A 1.一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方法， 其特征在于： 该方 法包括如下步骤： 步骤1： 给定一对圆柱直齿轮， 考虑全过程粗糙度渐变劣化造成的齿面实时啮合误差影 响， 计算其啮合过程中的实际啮合线的长度， 确定啮合过程中啮合线上单双齿区间的区域 划分； 步骤2： 在单双齿实际啮合区域取任意个啮合点， 根据齿轮啮合原理及单双齿啮合区几 何关系， 计算存在由粗糙度引起的啮合误差影响下 的啮合点切向速度以及等效曲率半径， 并基于单双齿啮合区实时载荷分配关系计算啮合接触半宽， 得出每个啮合点相对滑移距 离； 步骤3： 考虑由粗糙度引起的啮合误差影响以及齿面实时载荷 分配加载情况， 并基于每 个啮合点相对滑移距离的计算， 构建齿轮单次啮合时各啮合点的磨损量计算模型， 准确的 描述齿面上任意 一点的劣化状态； 步骤4： 给定初始齿面粗糙度并随机分配各啮合点粗糙度峰谷值， 精确分析齿轮单次啮 合时各啮合点处的劣化状态， 进而仿 真计算出啮合N次的齿面渐变劣化情况， 根据齿面渐变 劣化情况， 计算出对应的齿面 粗糙度变化 规律。 2.根据权利要求1所述的一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方 法， 其特征在于： 所述步骤1 中， 根据圆柱 直齿轮副参数及几何关系， 考虑 全过程粗糙度渐变 劣化造成的齿面啮合误差实时影响， 计算主动轮、 从动轮齿顶 圆与啮合线的交点到基圆与 啮合点切点的距离， 计算实际啮合线的长度， 并划分单双齿啮合区域。 3.根据权利要求1所述的一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方 法， 其特征在于： 所述步骤2中， 圆柱直齿轮的表面各啮合点的等效曲率半径均不一样， 根据 步骤1所求， 首先在单双 齿啮合区选取一定量的啮合点， 根据齿轮啮合原理及单双齿啮合区 几何关系， 计算存在由粗糙度引起的啮合误差影响下的啮合点切向速度以及等效曲率半 径， 并基于单双齿啮合区实时载荷分配关系计算啮合接触半宽， 得出每个啮合点相对滑移 距离。 4.根据权利要求1所述的一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方 法， 其特征在于： 所述步骤3中， 考虑由粗糙度引起的啮合误差影响以及齿面实时载荷分配 加载情况， 并基于每个啮合点相对滑移距离的计算， 构建齿轮单次啮合时各啮合点的磨损 量计算模型， 准确的描述齿面上任意 一点的劣化状态。 5.根据权利要求1所述的一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方 法， 其特征在于： 所述步骤4中， 考虑齿面初始 粗糙度状态的影响， 给定初始齿面粗糙度并随 机分配各啮合点粗糙度峰谷值， 精确分析齿轮单次啮合时各啮合点处的劣化状态， 进而仿 真计算出啮合N次的齿面渐变 劣化情况， 根据齿面渐变劣化情况， 计算出对应的齿面粗糙度 变化规律。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115358076 A 2一种基于圆柱直 齿轮啮合过 程的表面 粗糙度渐变劣化计算 方法 技术领域 [0001]本发明涉及 一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化计算方法， 尤其 适用于复杂工况 下精密传动圆柱直齿轮的失效分析 过程中。 背景技术 [0002]在圆柱直齿轮传动副中， 通常齿面粗糙度作为圆柱直齿轮表面完整性的重要参 数， 在圆柱直齿轮的服役过程中表面完整性参数会渐变劣化， 直至齿轮发生 失效。 齿轮表 面 磨损是引发表面粗糙度劣化的最主要原因， 表面粗糙度等表面完整性参数直接影响到啮合 过程的平稳性。 目前 的圆柱直齿轮磨损方面的研究均是以试验验证的方式开展的， 无法真 正意义上掌握由磨损引起的表面粗糙度渐变劣化机理。 建立圆柱直齿轮的啮合过程中的磨 损量计算模型， 了解啮合过程中齿面上啮合点的实时粗糙度状态， 从而可以及时掌握齿轮 工作状态， 实现齿轮寿命预测及性能调控。 发明内容 [0003]本发明的目的在于： 考虑由粗糙度引起的实时啮合误差影响， 构建圆柱直齿轮啮 合过程中的磨损量计算模型， 探明圆柱直齿轮副 啮合次数与表面粗糙度之间的关系， 及时 掌握齿轮表面劣化情况， 从而有效的控制齿轮的表面完整性， 达到预测齿轮剩余寿命的目 的， 实现齿轮服役性能调控。 [0004]本发明采用的技术方案是： 一种基于圆柱直齿轮啮合过程的表面粗糙度渐变劣化 计算方法， 该 方法包括如下步骤： [0005]步骤1： 给定一对圆柱直齿轮， 考虑全过程粗糙度渐变劣化造成的齿面啮合误差实 时影响， 计算其啮合过程中的实际啮合线的长度， 确定啮合过程中啮合线上单双齿区间的 区域划分； [0006]步骤2： 在单双齿实际啮合区域取任意个啮合点， 根据齿轮啮合原理及单双齿啮合 区几何关系， 计算存在由粗糙度引起的啮合误差影响下的啮合点切向速度以及等效曲率半 径， 并基于单双齿啮合区实时载荷分配关系计算啮合接触半宽， 得出每个啮合点相对滑移 距离； [0007]步骤3： 考虑由粗糙度引起的啮合误差影响以及齿面实时载荷分配加载情况， 并基 于每个啮合点相对滑移距离的计算， 构建齿轮单次啮合时各啮合点的磨损量计算模型， 准 确的描述齿面上任意 一点的劣化状态； [0008]步骤4： 给定初始齿面粗糙度并随机分配各啮合点粗糙度峰谷值， 精确分析齿轮单 次啮合时各啮合点处的劣化状态， 进而仿 真计算出啮合N次的齿面渐变 劣化情况， 根据齿面 渐变劣化情况， 计算出对应的齿面 粗糙度变化 规律。 [0009]进一步的， 所述步骤1中， 根据圆柱直齿轮副参数及几何关系， 考虑全过程粗糙度 渐变劣化造成的齿面啮合误差实时影响， 计算主动轮、 从动轮齿顶 圆与啮合线的交点到基说　明　书 1/3 页 3 CN 115358076 A 3