(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 202211035299.5 (22)申请日 2022.08.26 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 杨翼　胡茑庆　张伦　程哲　陈凌　 周洋　胡蛟　李月昊　尹正阳　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 邱轶 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种考虑裂纹位置的故障齿轮时变啮合刚 度计算方法 (57)摘要 本申请涉及本申请涉及机械动力学技术领 域， 特别是涉及一种考虑裂纹位置的故障齿轮时 变啮合刚度计算方法， 方法包括： 建立齿轮故障 计算模型； 确定对应的裂纹类别信息， 以及预先 存储裂纹类别信息对应的裂纹齿轮区段划分规 则； 检测齿轮上发生故障的裂纹位置， 采用裂纹 齿轮区段划分规则对裂纹位置进行区段划分， 得 到多个裂纹子区段； 针对每个裂纹子区段， 得到 每个裂纹子区段弯曲刚度和剪切刚度； 将各个裂 纹子区段的弯曲刚度和剪切刚度求和， 得到故障 齿轮的弯曲刚度和剪切刚度， 本发 明通过输入裂 纹的参数即可得到故障齿轮的弯曲刚度和剪切 刚度。 其计算效率更高。 权利要求书2页 说明书21页 附图12页 CN 115408791 A 2022.11.29 CN 115408791 A 1.一种考虑裂纹位置的故障齿轮时变啮合刚度计算方法， 其特 征在于， 所述方法包括： 建立齿轮故障计算模型； 所述齿轮故障计算模型中将故障位置进行划分， 针对故障出 现的故障位置， 确定对应的裂纹类别信息， 以及预先存储所述裂纹类别信息对应的裂纹齿 轮区段划分规则； 检测齿轮上发生故障的裂纹位置， 根据所述齿轮故障计算模型和所述裂纹位置， 确定 裂纹类别信息， 采用所述裂纹齿轮区段划分规则对所述裂纹位置进行区段划分， 得到多个 裂纹子区段； 针对每个裂纹子区段， 获取裂纹齿轮受载部分处齿廓至中轴线的受载距离、 裂纹齿轮 受载部分处的截面积和裂纹齿轮受载部分处的惯性矩， 将所述受载距离、 截面积和惯性矩 输入正常齿轮的弯曲刚度计算模型和剪切刚度计算模型， 得到每个裂纹子区段弯曲刚度和 剪切刚度； 将各个裂纹子区段的弯曲刚度和剪切刚度求和， 得到故障齿轮的弯曲刚度和剪切刚 度。 2.根据权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述故障位置包括： 齿根圆角区段和渐开 线区段； 确定对应的裂纹类别 信息的步骤 包括： 获取故障的裂纹起始点和裂纹端点， 根据裂纹起始点和裂纹端点与故障位置的位置关 系， 确定裂纹类别 信息； 当所述裂纹起始点在所述齿根圆角区段时， 所述裂纹端点在齿根内部或齿根圆角区 段； 当所述裂纹起始点在所述渐开线区段时， 所述裂纹端点在齿根内部、 齿根圆角区段或 渐开线区段。 3.根据权利要求2所述的方法， 其特征在于， 获取裂纹中轴线距离、 裂纹起点夹角、 裂纹 端点夹角以及预先存储的齿根圆角中轴线距离、 齿顶中轴线距离和作用力夹角， 并根据所 述裂纹类别 信息确定裂纹齿轮区段划分规则； 其中， 所述裂纹中轴线距离为裂纹端点至中轴线的距离； 所述裂纹起点夹角为裂纹起 点与基圆的切 点， 该切点与齿轮圆心连接与中轴线的夹角； 所述裂纹端点夹角为裂纹端点 沿中轴线方向投影在齿廓上投影点， 所述投影点与基圆的切 点， 所述切 点与齿轮圆心连接 与中轴线的夹角； 所述齿根圆角中轴线距离为齿根圆角 远离齿根一侧的端点至中轴线距 离； 所述齿顶中轴线距离为齿顶端点至中轴线的距离； 所述作用力夹角为作用力与垂直方 向的夹角。 4.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 确定裂纹齿轮区段划分规则的步骤 包括： 当所述裂纹起始点在所述齿根圆角区段时， 且所述裂纹端点在齿根内部； 当齿根圆角中轴线距离>裂纹中轴线距离>齿顶中轴线距离， 且作用力夹角>裂纹端点 夹角时为第一区段划分； 当裂纹中轴线距离<齿顶中轴线距离， 或者， 当齿根圆角中轴线距离>裂纹中轴 线距离> 齿顶中轴线距离， 且作用力夹角<裂纹端点夹角时为第二区段划分； 当裂纹中轴线距离>齿根圆角中轴线距离时为第三区段划分。 5.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 确定裂纹齿轮区段划分规则的步骤 包括：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115408791 A 2当所述裂纹起始点在所述齿根圆角区段时， 且所述裂纹端点在齿根圆角区段； 当齿根圆角中轴线距离>裂纹中轴线距离>齿顶中轴线距离， 且作用力夹角>裂纹端点 夹角时为第四区段划分； 当裂纹中轴线距离<齿顶中轴线距离， 或者， 当齿根圆角中轴线距离>裂纹中轴 线距离> 齿顶中轴线距离， 且作用力夹角<裂纹端点夹角时为第五区段划分； 当裂纹中轴线距离>齿根圆角中轴线距离时为第六区段划分。 6.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 确定裂纹齿轮区段划分规则的步骤 包括： 当所述裂纹起始点在所述渐开线区段时， 所述裂纹端点在齿根内部； 当裂纹中轴 线距离＞齿顶中轴 线距离， 且作用力 夹角大于裂纹起点夹角时为第七区段 划分； 当裂纹中轴 线距离＜齿顶中轴 线距离， 且作用力夹角大于裂纹起点夹角时， 或者， 当裂 纹中轴线距离＞齿顶中轴线距离， 且裂纹起点夹角＜作用力夹角＜裂纹端点夹角时为第八 区段划分； 当裂纹端点夹角＜裂纹起 点夹角时为第九区段划分。 7.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 确定裂纹齿轮区段划分规则的步骤 包括： 当所述裂纹起始点在所述渐开线区段时， 所述裂纹端点在齿根圆角区段； 当裂纹中轴 线距离＞齿顶中轴 线距离， 且作用力 夹角＞裂纹端点夹角时为第十区段划 分； 当裂纹中轴 线距离＜齿顶中轴 线距离， 且作用力夹角大于裂纹起点夹角时， 或者， 当裂 纹中轴线距离＞齿顶中轴线距离， 且裂纹起点夹角＜作用力夹角＜裂纹端点夹角时为第十 一区段划分； 当裂纹端点夹角＜裂纹起 点夹角时为第十二区段划分。 8.根据权利要求3所述的方法， 其特 征在于， 确定裂纹齿轮区段划分规则的步骤 包括： 当所述裂纹起始点在所述渐开线区段时， 所述裂纹端点在渐开线区段； 当裂纹中轴 线距离＞齿顶中轴 线距离， 且作用力 夹角＞裂纹端点夹角时为第十三区段 划分； 当裂纹中轴 线距离＜齿顶中轴 线距离， 且作用力夹角大于裂纹起点夹角时， 或者， 当裂 纹中轴线距离＞齿顶中轴线距离， 且裂纹起点夹角＜作用力夹角＜裂纹端点夹角时为第十 四区段划分； 当裂纹端点夹角＜裂纹起 点夹角时为第十五区段划分。 9.根据权利要求1 ‑8任一项所述的方法， 其特征在于， 还包括获取单齿对啮合刚度； 建 立单齿对啮合刚度模型， 将获取的故障齿轮的弯曲刚度和剪切刚度输入到单齿对啮合刚度 模型获得 带裂纹的单齿对啮合刚度。 10.根据权利要求9所述的方法， 其特征在于， 还包括获取多齿啮合刚度； 将 获取的所述 带裂纹的单齿对啮合刚度代入到正常齿轮的多 齿啮合刚度计算模型获得多 齿啮合刚度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115408791 A 3