(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 202211207617.1 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 侯祥颖　邱林岳　张钰哲　高树申　 张红　张健　李政民卿 　 (74)专利代理 机构 北京众合诚成知识产权代理 有限公司 1 1246 专利代理师 刘妮 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06T 17/20(2006.01) (54)发明名称 一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种弧齿锥齿轮效率优化设 计方法， 属于齿轮技术领域， 包括以下步骤： S101： 基于基本参数开展弧齿锥齿轮几何设计； 基于加工参数开展弧齿锥齿轮加工参数设计； S102： 开展几何接触分析， 得到几何接触特性参 数； 开展承 载接触分析， 得到承 载接触特性参数； S103： 采用加密网格法， 开展弧齿锥齿轮弹流润 滑计算， 获得油膜参数； 基于油膜参数计算瞬时 传动效率及 平均传动效率； S104： 建立粒子群 ‑引 力搜索优化算法模型， 重复步骤S101～S103， 直 至求得效率最优的弧齿锥齿轮加工参数。 通过上 述方式， 本发 明提出的方法有助于形成高效系统 的弧齿锥齿轮效率优化计算模型， 从而提升弧齿 锥齿轮设计水平和质量。 权利要求书2页 说明书6页 附图6页 CN 115495841 A 2022.12.20 CN 115495841 A 1.一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： S101： 基于弧齿锥齿轮啮合基本原理和基本设计参数， 开展弧齿锥齿轮几何参数设计 基本计算； 然后进行弧齿锥齿轮加工参数初始设计和计算， 得到初始加工参数及其取值范 围； S102： 基于齿轮啮合原理开展几何接触分析； 并基于数学规划法和有限元法开展承载 接触分析； S103： 采用加密网格法， 基于几何接触分析和承载接触分析计算得到的几何参数和承 载接触参数， 建立弧齿锥齿轮弹流润滑模型并开展计算； 基于此， 进 行弧齿锥齿轮摩 擦系数 计算和传动效率计算， 获得弧齿锥齿轮瞬时传动效率和平均传动效率模型； S104： 建立粒子群 ‑引力搜索优化算法模型， 形成弧齿锥齿轮加工参数优化设计流程； 重复步骤S101～S10 3， 直至求得效率 最优的弧齿锥齿轮加工参数。 2.根据权利要求1所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 所述步骤 S101， 具体包括以下步骤： S1： 根据弧齿锥齿轮设计要求和工况 条件， 确定并输入齿轮几何基本参数； S2： 根据S1中输入的弧齿锥齿轮基本参数， 基于弧齿锥齿轮几何空间关系， 通过编程求 解其主要几何设计参数； S3： 根据S2计算得到的弧齿锥齿轮基本几何参数， 给定初始控制设计参数； 开展弧齿锥 齿轮加工参数初始设计， 确定弧齿锥齿轮初始设计加工参数； S4： 初始化弧齿锥齿轮加工参数或控制参数 粒子； S5： 弧齿锥齿轮齿轮离 散齿面计算。 3.根据权利要求2所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 步骤S1中确 定并输入齿轮几何基本参数， 主 要包括： 齿数、 模数、 齿宽、 压力角、 轴交角、 螺 旋角和旋向。 4.根据权利要求2所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 步骤S2中通 过编程求解其主要几何设计参数， 主要包括： 大小轮的锥距、 齿顶角、 齿根角、 节锥角、 冠顶 距和弧齿厚。 5.根据权利要求2所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 步骤S3： 给 定初始控制设计参数， 主要包括： 设计重合度、 长 半轴、 接触路径 倾斜角、 传动比一阶导数和 几何传动误差啮合 转换点幅值； 确定弧齿锥齿轮初始设计加工参数， 主要包括： 刀具齿形角、 刀顶距、 径向刀位、 角向刀 位、 滚比、 床位、 垂直轮位、 水平轮位和机床安装角。 6.根据权利要求2所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 所述步骤 S102， 具体包括以下步骤： S6： 基于弧齿锥齿轮啮合基本原理， 开展大小轮几何接触分析， 得到卷吸速度矢量、 相 对滑动速度矢量、 接触椭圆长短 半轴方向矢量和接触椭圆长短 半轴曲率半径参数； S7： 通过建立有限元网格模型， 采用有限元法和数学规划法理论， 以工况载荷为条件， 开展弧齿锥齿轮承载接触分析， 获得齿面啮合 位置处的载荷分布。 7.根据权利要求6所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 步骤S7， 具 体包括下列步骤： 步骤一、 根据齿面离 散点坐标以及有限元网格定义， 建立实体网格模型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115495841 A 2步骤二、 根据单 元计算弧齿锥齿轮网格模型柔度矩阵； 步骤三、 根据载荷条件计算单元变形， 从而实现承载接触分析； 得到的主要结果参数 有： 载荷及载荷分配系数。 8.根据权利要求6所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 所述步骤 S103， 具体包括以下步骤： S8： 油膜压力及膜厚计算， 传动效率计算； 具体包括： ①基于S6和S7计算得到的相 关数据参数， 采用加密网格法和弹流润滑基本理论， 开展 弧齿锥齿轮润滑油膜压力及厚度参数仿真计算； ②并以油膜参数以及S6和S7中的计算数据为输入条件， 开展滑动摩擦力和滚动摩擦力 计算， 并基于此计算得到齿轮瞬时传动效率， 进而对一个啮合周期内的数据取平均值， 得到 平均传动效率。 9.根据权利要求8所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 步骤 ①具体 包括以下步骤： 步骤一、 计算初始网格、 初始压力和初始油膜厚度； 步骤二、 迭代计算压力和载荷， 并判断是否满足收敛条件， 满足收敛进行下一步， 否则 继续迭代过程； 步骤三、 判断是否达到网格密度， 满足则 输出计算结果， 不满足则返回步骤二进行迭代 计算； 计算得到并输出的主 要结果有： 油膜压力和油膜厚度分布。 10.根据权利要求8所述的一种弧齿锥齿轮效率优化设计方法， 其特征在于， 所述步骤 S104， 具体包括以下步骤： S9： 基于粒子群 ‑引力搜索优化算法， 根据优化变量以及计算得到的目标函数结果， 更 新引力系数、 惯性质量和全局最优粒子优化 参数； S10： 在S9基础上， 进一步更新计算粒子引力大小、 加速度和速度迭代参数， 以便于确定 后续优化方向； S11： 判断最优值以及迭代次数是否满足收敛条件， 若满足收敛条件， 则执行S13， 输出 最优解及最优设计参数， 否则执 行S12； S12： 根据S9和S10进行优化设计参数的更新和迭代， 并重新返回S5继续迭代优化； S13： 优化计算满足迭代收敛 条件时， 输出最优解及效率 最优设计参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115495841 A 3