(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 202210857566.0 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 (72)发明人 王利明　章朝栋　潘文超　杨兰涛　 邵毅敏　余文念　 (74)专利代理 机构 重庆市前沿专利事务所(普 通合伙) 50211 专利代理师 张青龙　肖秉城 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种具有轮齿裂纹的浮动支撑摩擦片冲击 动载计算方法 (57)摘要 本发明公开一种具有轮齿裂纹的浮动支撑 摩擦片冲击动载计算方法， 包 括： S1： 获取待计算 的浮动支撑摩擦片组件参数和裂纹参数， 所述摩 擦片组件包括摩擦片和内毂， 且摩擦片上带有裂 纹的缺陷轮齿； S2、 计算健康摩擦片轮齿的综合 刚度KH； S3、 计算齿根裂纹摩擦片轮齿的综合刚 度KC； S4、 计算摩擦片在重力作用下引起的偏心 距； S5、 判断摩擦片与内毂是否发生碰撞， 确定内 毂与摩擦片碰撞齿数和随机碰撞齿位置； S6、 计 算摩擦片与内毂轮齿间碰撞的冲击反弹系数和 迟滞阻尼系数； S7、 计算摩擦片与内毂每个接触 齿的碰撞力； S8、 根构建内毂与摩擦片二质量冲 击动载动力学模 型， 计算含有轮齿裂纹的浮动齿 圈摩擦片组件的冲击动载。 权利要求书6页 说明书14页 附图3页 CN 115130247 A 2022.09.30 CN 115130247 A 1.一种具有轮齿裂纹的浮动支撑摩擦片冲击动载计算方法， 其特征在于， 具体包括以 下步骤： S1： 获取待计算的浮动支撑摩擦片组件参数和裂纹参数， 所述摩擦片组件包括摩擦片 和内毂， 且摩擦片上 带有裂纹的缺陷轮齿； S2、 基于摩擦片组件的基本参数， 计算 健康摩擦片轮齿的综合刚度KH； S3、 基于摩擦片组件的基本参数， 计算齿根裂纹摩擦片轮齿的综合刚度KC； S4、 基于摩擦片组件的基本参数， 计算摩擦片在重力作用下引起的偏心 距； S5、 依据S3中确定的摩擦片与内毂的偏心距和相对运动关系， 判断摩擦片与内毂是否 发生碰撞， 确定内毂与摩擦片碰撞齿数和随机 碰撞齿位置； S6、 基于能量平衡理论和内毂与摩擦片的相对运动关系， 计算摩擦片与内毂轮齿间碰 撞的冲击反弹系数和迟滞阻尼系数； S7、 根据S2中确定的有/无裂纹的摩擦片轮齿综合刚度、 S3中确定的摩擦片与内毂的偏 心距、 S4中确定的内毂与摩擦片 碰撞齿数和S5中确定的摩擦片与内毂轮齿间的冲击反弹系 数和迟滞阻尼系数， 计算摩擦片与内毂每 个接触齿的碰撞力； S8、 根据S6中确定的内毂与摩擦片的碰撞力， 构建内毂与摩擦片二质量冲击动载动力 学模型， 输出含有轮齿裂纹的浮动齿圈摩擦片组件的冲击动载。 2.如权利要求1所述的一种具有轮齿裂纹的浮动支撑摩擦片冲击动载计算方法， 其特 征在于， 所述S1中， 浮动支撑摩擦片组件的基本参数包括： 摩擦片与内毂的齿数、 模数、 齿 宽、 分度圆压力角、 弹性模量、 泊松比、 摩擦片与内毂质量、 转动惯 量、 齿侧间隙、 内毂的转速 及转速波动频率和幅值； 所述裂纹参数包括裂纹位置角、 裂纹长度和裂纹方向。 3.如权利要求1所述的一种具有轮齿裂纹的浮动支撑摩擦片冲击动载计算方法， 其特 征在于， 所述S2包括以下步骤： S201、 根据摩擦片组件的参数， 利用势能法分别计算内毂或摩擦片的轮齿单齿对的弯 曲刚度kbj、 剪切刚度ksj和轴向压缩刚度kaj， 对应的关系式如下: 公式(1)中， j＝1时代表内毂； j＝2时代表摩擦片； Uaj、 Ubj和Usj分别为内毂轮齿或摩擦 片轮齿的轴向压缩、 弯曲和剪切变形存储的弹性势能； Fj表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮 合点接触载荷； Faj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在水平方向的分量； Ej表示内毂轮齿 或摩擦片轮齿的弹性模量； Axj表示距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处截面的面积； dj 表示内毂轮齿或摩擦片轮齿 啮合位置距齿根圆距离； Mj为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固 定端x处的弯矩； Ixj表示距离内毂轮齿 或摩擦片轮齿的固定端x处截面的惯性矩； Fbj为内毂 轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在竖直方向的分量； Gj表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的剪切模权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115130247 A 2量； S202、 根据摩擦片组件的参数， 利用O ’Donnell变形理论计算轮齿单齿对的基体刚度 kfj， 表达式如下： 公式(2)中， j＝1时代表内毂； j＝2 时代表摩擦片； θfj为内毂或摩擦片的轮齿基体的变 形； Mfj为距离内毂轮齿或摩 擦片轮齿的固定端x处的单位弯矩； Vj表示距离内毂轮齿或摩 擦 片轮齿的固定端x处的单位剪切力； Ej表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量； υj表示内毂 轮齿或摩 擦片轮齿的泊松比； hj’表示距离内毂轮齿或摩 擦片轮齿固定端x处截面； Fj表示内 毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合 点接触载荷； S203、 根据S201中内毂和摩擦片轮齿的弯曲刚度kbj、 剪切刚度ksj、 轴向压缩刚度kaj和 S202中基 体刚度kfj， 获取摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度KH， 计算如下： 4.如权利要求1所述的一种具有轮齿裂纹的浮动支撑摩擦片冲击动载计算方法， 其特 征在于， 所述S3包括以下步骤： S301、 假定裂纹平行于圆心与齿顶中点连线方向， 裂纹的长度为q， 将啮合刚度分为 Ⅰ、 Ⅱ两个区域,其弯曲刚度、 剪切刚度和轴向压缩刚度分别为： 公式(4)中， kCb表示含齿 根裂纹的摩擦片弯曲刚度； kCs表示含齿 根裂纹的摩擦片剪切刚 度； kCa表示含齿根裂纹 的摩擦片轴向压缩刚度； kCbI表示第Ⅰ区域齿根裂纹摩擦片的弯曲刚 度； kCbⅡ表示第Ⅱ区域齿根裂纹摩擦片的弯曲刚度； kCsⅠ表示第Ⅰ区域齿根裂纹摩擦片的剪切 刚度； kCsⅡ表示第Ⅱ区域齿根裂纹摩擦片的剪切刚度； kCaⅠ表示第Ⅰ区域齿根裂纹摩擦片的轴 向压缩刚度； kCaⅡ表示第Ⅱ区域齿根裂纹摩擦片的轴向压缩刚度； S302、 第Ⅰ区域的弯曲刚度、 剪切刚度和轴向压缩刚度计算与健康齿相同， ， 因此摩擦片 轮齿第Ⅰ区域的弯曲刚度、 剪切刚度和轴向压缩刚度表示 为： kCbⅠ＝kb2， kCsⅠ＝ks2， kCaⅠ＝ka2    (5) 公式(5)中， kb2为摩擦片健康齿的弯曲刚度； ks2为摩擦片健康齿的剪切刚度； ka2为摩擦 片健康齿的轴向压缩刚度； S303、 建立摩擦片裂纹轮齿刚度计算模型并定义直角坐标系， X轴与摩擦片轮齿中线重 合， Y轴为直线AB的连线， X轴与Y轴的交点为O1， A点为摩擦片齿根裂 纹开始的位置， D点为摩 擦片齿根裂纹终止点位置， B点为摩擦片相邻齿的齿廓与齿根圆的相交点； E点为摩擦片轮权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115130247 A 3