基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算

唐亮; 陈再刚; 杨吉忠; 陈志辉

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2023.01.008

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基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算

设计计算 | 更新时间：2023-06-07

- 基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算
- Analytical Calculation for Time-varying Mesh Stiffness of Articulated Supported Rack-Gear Based on Potential Energy Principle
- 机械传动 2023年47卷第1期页码：55-61
- 作者机构：
  
  1.西南交通大学牵引动力国家重点实验室，四川成都 610031
  2.中铁二院工程集团有限责任公司科学技术研究院，四川成都 610031
- 作者简介：
  
  唐亮（1995— ），男，重庆潼南人，硕士；研究方向为机械传动系统动力学；liangtang6864@163.com。
  陈再刚（1984— ），男，四川乐山人，博士，研究员，博士生导师；研究方向为铁路机车车辆系统动力学、机械传动系统动力学；zgchen@home.swjtu.edu.cn。（下转第95页）
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(52022083;51775453);四川省科技计划项目(2021YFG0065;2021YFG0211)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.01.008
  中图分类号：
- 纸质出版日期：2023-01-15，
  
  收稿日期：2021-08-11，
  
  修回日期：2021-08-26，
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唐亮,陈再刚,杨吉忠等.基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算[J].机械传动,2023,47(01):55-61.

Tang Liang,Chen Zaigang,Yang Jizhong,et al.Analytical Calculation for Time-varying Mesh Stiffness of Articulated Supported Rack-Gear Based on Potential Energy Principle[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(01):55-61.
唐亮,陈再刚,杨吉忠等.基于势能原理的铰接支撑齿条-齿轮时变啮合刚度解析计算[J].机械传动,2023,47(01):55-61. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.01.008.

Tang Liang,Chen Zaigang,Yang Jizhong,et al.Analytical Calculation for Time-varying Mesh Stiffness of Articulated Supported Rack-Gear Based on Potential Energy Principle[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(01):55-61. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.01.008.

摘要

齿轮齿条传动是一种重要的机械传动方式，其内部时变啮合刚度是一种主要的激励源，对系统振动噪声水平有着重要影响。针对齿轮齿条时变啮合刚度高效、准确的解析计算问题，提出了一种基于势能原理的铰接支撑齿条与齿轮啮合刚度解析计算方法，计算获得了不同参数下的齿轮齿条时变啮合刚度，并利用有限元法验证了建立的解析计算模型的正确性。同时，利用建立的解析计算方法分析了垂向间隙、压力角、齿条长度等参数对齿轮齿条时变啮合刚度的影响规律。结果表明，建立的解析计算方法能够准确计算齿轮齿条时变啮合刚度，为齿轮齿条传动系统动态特性分析提供了理论支撑。

Abstract

Gear-rack transmission is an important mechanical transmission mode and the time-varying mesh stiffness of gear-rack is one of the main excitation sources

which has an important effect on the vibration and noise level of the mechanical system. An analytical calculation method for time-varying mesh stiffness of articulated supported rack-gear transmission is proposed based on the potential energy principle

which aims to solve the problem of efficient and accurate analytical calculation for gear-rack mesh stiffness. Then

the time-varying mesh stiffness of a gear-rack transmission with different parameters is calculated using this method. By comparing the calculated results with that derived from the finite element model

the correctness of the established analytical calculation model is verified. In addition

the effect of the vertical clearance

pressure angle and rack length on the time-varying mesh stiffness of gear-rack is analyzed using this analytical calculation model. The results indicate that the analytical calculation model can accurately calculate the time-varying mesh stiffness of the gear-rack transmission

and it can provide theoretical support for the dynamic analysis of gear-rack transmission system.

关键词

齿轮齿条时变啮合刚度解析计算有限元分析

Keywords

Gear-rackTime-varying mesh stiffnessAnalytical calculationFinite element analysis

references

冯定，亢博文，施雷，等.大模数重载齿轮齿条接触强度分析［J］.石油机械，2018，46（8）：14-19.

FENG Ding，KANG Bowen，SHI Lei，et al.Analysis of contact strength of large module heavy load rack and pinion［J］.China Petroleum Machinery，2018，46（8）：14-19.

黄鸿鑫，赵兴福，王增强，等.考虑轴向调隙量的变厚齿轮齿条接触分析［J］.机械传动，2020，44（4）：95-100.

HUANG Hongxin，ZHAO Xingfu，WANG Zengqiang，et al.Contact analysis for beveloid pinion and rack considering axial clearance change［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（4）：95-100.

曹宇光，张卿，张士华.自升式平台齿轮齿条强度有限元分析［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2010，34（6）：120-124.

CAO Yuguang，ZHANG Qing，ZHANG Shihua.Strength analysis of rack and pinion of jack-up platform by finite element method［J］.Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Sciences），2010，34（6）：120-124.

徐长航，吕涛，陈国明，等.自升式平台齿轮齿条升降机构错齿优化动力学分析［J］.机械工程学报，2014，50（19）：66-72.

XU Changhang，LÜ Tao，CHEN Guoming，et al.Dynamic performance analysis of jack-up platform's jacking system with staggering tooth［J］.Journal of Mechanical Engineering，2014，50（19）：66-72.

胡送桥，赵长海，张洪，等.基于虚拟样机技术的齿轮齿条啮合力仿真分析［J］.石油矿场机械，2019，48（6）：41-46.

HU Songqiao，ZHAO Changhai，ZHANG Hong，et al. Simulation analysis of gear and rack meshing force based on virtual prototyping technology［J］.Oil Field Equipment，2019，48（6）：41-46.

曹宇光，张士华，李森，等.自升式平台齿轮齿条损伤温度检测方法［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2013，37（3）：141-146.

CAO Yuguang，ZHANG Shihua，LI Sen，et al.Damage detection method of rack and pinion of jack-up platform based on meshing temperature field analysis［J］.Journal of China University of Petroleum（Edition of Natural Sciences），2013，37（3）：141-146.

王明旭，李永祥，杨磊，等.大模数齿轮齿条的非线性接触强度分析［J］.机床与液压，2014，42（9）：138-141.

WANG Mingxu，LI Yongxiang，YANG Lei，et al.Nonlinear analysis of contact strength of large modulus gear rack and pinion［J］.Machine Tool ＆ Hydraulics，2014，42（9）：138-141.

YANG D C H，LIN J Y.Herzian damping，tooth friction and bending elasticity in gear impact dynamics［J］.Journal of Mechanisms，Transmissions and Automation in Design，1987，109（2）：189-196.

SAINSOT P，VELEX P，DUVERGER O.Contribution of gear body to tooth deflections-a new bidimensional analytical formula［J］.Journal of Mechanical Design，2004，126：748-752.

CHEN Z G，SHAO Y M.Dynamic simulation of spur gear with tooth root crack propagating along tooth width and crack depth［J］.Engineering Failure Analysis，2011，18（8）：2149-2164.

CHEN Z G，ZHAI W M，WANG K Y.Vibration feature evolution of locomotive with tooth root crack propagation of gear transmission system［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2019，115：29-44.

CHEN Z G，ZHANG J，ZHAI W M，et al.Improved analytical methods for calculation of gear tooth fillet-foundation stiffness with tooth root crack［J］.Engineering Failure Analysis，2017，82：72-81.

CHAARI F，FAKHFAKH T，HADDAR M.Analytical modeling of spur gear tooth crack and influence on gear mesh stiffness［J］.European Journal of Mechanics：A/Solids，2009，28（3）：461-468.

万志国，訾艳阳，曹宏瑞，等.时变啮合刚度算法修正与齿根裂纹动力学建模［J］.机械工程学报，2013，49（11）：153-160.

WAN Zhiguo，ZI Yanyang，CAO Hongrui，et al.Time-varying mesh stiffness algorithm correction and tooth crack dynamic modeling［J］.Journal of Mechanical Engineering，2013，49（11）：153-160.

马辉，逄旭，宋溶泽，等.基于改进能量法的直齿轮时变啮合刚度计算［J］.东北大学学报（自然科学版），2014，35（6）：863-866.

MA Hui，PANG Xu，SONG Rongze，et al.Time-varying mesh stiffness calculation of spur gears based on improved energy method［J］.Journal of Northeastern University （Natural Science Edition），2014，35（6）：863-866.

CHEN Z G，SHAO Y M.Mesh stiffness calculation of a spur gear pair with tooth profile modification and tooth root crack［J］.Mechanism and Machine Theory，2013，62：63-74.

CHEN Z G，ZHOU Z W，ZHAI W M，et al.Improved analytical calculation model of spur gear mesh excitations with tooth profile deviations［J］.Mechanism and Machine Theory，2020，149：103838.

CHEN Z G，NING J Y，WANG K Y，et al.An improved dynamic model of spur gear transmission considering coupling effect between gear neighboring teeth［J］.Nonlinear Dynamics，2021，106（3）：1-19.

李大磊，李安民，张二亮.一种齿轮啮合时变刚度的通用计算方法［J］.重庆理工大学学报（自然科学版），2019，33（10）：61-66.

LI Dalei，LI Anmin，ZHANG Erliang.A general calculation method for time-varying meshing stiffness of spur gear［J］.Journal of Chongqing University of Technology（Natural Science Edition），2019，33（10）：61-66.

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