CN111339678A - 一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法及装置，涉及齿轮传动系统动力学领域，该方法包括：获取多级面齿轮的定义参数；通过预设的多体动力学数值计算模型对定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；通过预设的多体动力学仿真分析模型对定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够提高多级面齿轮的碰撞特性，获取运行可靠性的边界条件，并降低多级面齿轮的碰撞特性研究难度和提高分析准确度。
Description
技术领域
本申请涉及齿轮传动系统动力学领域，具体而言，涉及一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法及装置。
背景技术
目前，随着科学技术的不断发展，机械传动部件的运动平顺性、稳定性和可靠性要求越来越高，其中，齿轮作为典型和具有广泛应用情境的机械传动部件，对其进行相关特性的分析具有显著的工程意义。随着面齿轮相关技术的深入研究和应用拓展，利用多个不同齿数面齿轮的合理搭配可作为新型变速传动机构的核心构件，以使该新型变速传动机构利用级差啮合实现变速运动。然而，该种多级面齿轮在使用前，需要进行相应的特性分析和检测，因此如何分析确定该种多级面齿轮的碰撞特性，进行合理的优化设计从而提高啮合可靠性成为该新型变速传动机构的重点和难点。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法及装置，能够分析确定多级面齿轮的碰撞特性从而提高啮合可靠性，并降低多级面齿轮的碰撞特性研究难度和提高分析准确度。
本申请实施例第一方面提供了一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述方法包括：
提取多级面齿轮的定义参数；
通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；
通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；
根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
在上述实现过程中，该方法可以优先获取多级面齿轮的定义参数；然后将该定义参数输入至预设的多体动力学数值计算模型和预设的多体动力学仿真分析模型进行计算处理和仿真处理，得到数值计算结果和仿真分析结果；再然后，根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，最终确定多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够根据多级面齿轮的级数、啮合状态、齿数、结构以及齿面形貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的分析确定精度。
进一步地，所述提取多级面齿轮的定义参数的步骤包括：
提取多级面齿轮的结构特征；
根据所述结构特征生成所述多级面齿轮的定义参数。
在上述实现过程中，该方法在获取多级面齿轮的定义参数的过程中，可以优先获取多级面齿轮的结构特征；然后再根据结构特征生成多级面齿轮的定义参数。可见，实施这种实施方式，能够根据实际的多级面齿轮获取相应的结构特征，并根据该结构特征生成多级面齿轮的定义参数，以使该定义参数完全符合多级面齿轮，从而使得后续的理论计算和仿真模拟的结果更加贴合上述的多级面齿轮的实际啮合状态，进而使得最终获取的碰撞特性真实度更高，效果更好。
进一步地，所述方法还包括：
判断所述数值计算结果和所述仿真分析结果是否相匹配；
当所述数值计算结果和所述仿真分析结果相匹配时，触发执行所述的根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性的步骤。
在上述实现过程中，该方法还能够优先判断数值计算结果和仿真分析结果是否相匹配；并在数值计算结果和仿真分析结果相匹配时，触发执行的根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性的步骤。可见，实施这种实施方式，该方法能够进一步对数值计算结果和仿真分析结果进行匹配性确定，具体的该过程可以理解为理论数据和仿真数据的结果可相互验证，以确定两种数据皆准确无误或差异不大，从而保证多级面齿轮的碰撞特性的分析确定准确无误。
进一步地，所述通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果的步骤包括：
获取预设的多体动力学数值计算模型包括的面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式；
根据所述定义参数、所述面齿轮副接触碰撞关系定义模型、所述面齿轮啮合冲击速度定义公式、所述面齿轮接触啮合力定义公式以及所述面齿轮接触碰撞力定义公式进行计算处理，得到数值计算结果。
在上述实现过程中，该方法在获取数值计算结果的过程中，可以优先获取预设的多体动力学数值计算模型所包括的面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式；然后再根据定义参数、面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式进行计算处理，得到数值计算结果。可见，实施这种实施方式，多体动力学数值计算模型包括的各种理论模型和定义公式综合提高数值计算结果的计算准确程度，从而保证理论计算尽量考虑到了碰撞特性确定的方方面面，进而提高多级面齿轮的碰撞特性的分析确定精度。
进一步地，所述通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果的步骤包括：
在预设的多体动力学仿真分析模型导入所述定义参数；
接收齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义；
根据所述齿轮接触定义、所述齿轮约束定义、所述齿轮转动副定义、所述齿轮旋转副关系定义、所述边界定义、所述施加载荷定义以及所述求解定义对导入所述定义参数的所述多体动力学仿真分析模型进行仿真处理，得到仿真分析结果。
在上述实现过程中，该方法在获取仿真分析结果的过程中，可以优先在预设的多体动力学仿真分析模型导入定义参数；然后再接收齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义；再然后，根据齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义对导入定义参数的多体动力学仿真分析模型进行仿真处理，得到仿真分析结果。可见，实施这种实施方式，能够根据定义参数进行多级面齿轮的结构建模，然后再根据多方面定义设定仿真的条件，从而使得仿真效果更佳贴近实际效果，继而使得最终获取到的仿真分析结果贴合实际的应用结果，进而提高了多级面齿轮的碰撞特性的分析确定精度。
本申请实施例第二方面提供了一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，所述多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置包括：
提取单元，用于提取多级面齿轮的定义参数；
计算单元，用于通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；
仿真单元，用于通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；
分析单元，用于根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
在上述实现过程中，该碰撞特性的分析确定装置可以通过其包括的提取单元来获取多级面齿轮的定义参数；再通过计算单元来通过预设的多体动力学数值计算模型对定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；再通过仿真单元来通过预设的多体动力学仿真分析模型对定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；最后通过分析单元来根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，确定多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够根据多级面齿轮的形态、结构以及样貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，从而确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的检测精度。
进一步地，所述提取单元包括：
提取子单元，用于提取多级面齿轮的结构特征；
生成子单元，用于根据所述结构特征生成所述多级面齿轮的定义参数。
在上述实现过程中，该提取单元可以通过提取子单元来获取多级面齿轮的结构特征；通过生成子单元来根据结构特征生成与多级面齿轮的定义参数。可见，实施这种实施方式，能够根据实际的多级面齿轮获取相应的结构特征，并根据该结构特征生成多级面齿轮的定义参数，以使该定义参数完全符合多级面齿轮，从而使得后续的理论计算和仿真模拟的结果更加贴合上述的多级面齿轮，进而使得最终获取的碰撞特性真实度更高，效果更好。
进一步地，所述多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置还包括：
判断单元，用于判断所述数值计算结果和所述仿真分析结果是否相匹配；
所述分析单元，具体用于在所述数值计算结果和所述仿真分析结果相匹配时，触发执行所述的根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
在上述实现过程中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置还可以通过该判断单元来判断所述数值计算结果和所述仿真分析结果是否相匹配；然后再通过分析单元在所述数值计算结果和所述仿真分析结果相匹配时，触发执行所述的根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，该方法能够进一步对数值计算结果和仿真分析结果进行匹配性确定，具体的该过程可以理解为理论数据和仿真数据的双数据相互验证，以确定两种数据皆准确无误，从而保证多级面齿轮的碰撞特性的分析确定准确无误。
本申请实施例第三方面提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例第一方面中任一项所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例第一方面中任一项所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的另一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种多级面齿轮结构特征的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种齿廓鼓形建模示意图，和一种齿向鼓形建模示意图；
图7为本申请实施例提供的一种双鼓齿面建模示意图；
图8为本申请实施例提供的一种啮合冲击速度假设分析示意图；
图9为本申请实施例提供的一种面齿轮接触动力学简化模型；
图10为本申请实施例提供的一种利用ADAMS建立多级鼓形面齿轮副动力学模型；
图11为本申请实施例提供的一种多体动力学数值计算及仿真模拟过程举例示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例1
请参看图1，图1为本申请实施例提供了一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图。该方法可以应用于对多级面齿轮进行碰撞特性的场景当中，具体的，该过程可以应用于实验室场景或齿轮安装环境当中；同时，该过程的应用时机可以为齿轮安装或投入使用之前。其中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法包括：
S101、提取多级面齿轮的定义参数。
本实施例中，多级面齿轮是由一系列的单级面齿轮与圆柱齿轮啮合组成，即多级面齿轮副。
本实施例中，多级面齿轮包含多个具有一定齿数规律且合理套装的鼓形面齿轮。
在本实施例中，多级鼓形面齿轮是一种为了减轻各个面齿轮与同一圆柱齿轮的啮合运动不同步而出现的干涉现象，采用双鼓重构的面齿轮。
本实施例中，定义参数可以理解为多级面齿轮的结构参数。
由图5可见，图5是多级面齿轮结构特征的结构示意图，其中A为一级面齿轮实体建模，B为二级面齿轮实体建模，C为三级面齿轮实体建模，D为多级面齿轮实体建模。
由图6可见，图6中，A是齿廓鼓形建模示意图，B为齿向鼓形建模示意图。
由图7可见，图7为双鼓齿面建模示意图。
S102、通过预设的多体动力学数值计算模型对定义参数进行计算处理，得到数值计算结果。
本实施例中，该过程可以理解为根据数据进行理论计算的过程，该数值计算结果为理论计算结果。
S103、通过预设的多体动力学仿真分析模型对定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果。
本实施例中，该过程可以理解为根据数据进行仿真模拟的过程，该仿真分析结果为实际仿真结果。
S104、根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。
本实施例中，该方法能够根据两种不同方式获取的结果进行佐证比对，从而提高多级面之轮的碰撞特性的获取精度。
本实施例中，该方法提出一种考虑鼓形齿轮的啮合特征、接触变形、变工况冲击、啮合点跳跃冲击的齿轮碰撞特性动力学模型和多体动力学模拟计算方法。
本实施例中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的执行主体可以为计算机、服务器等计算装置，对此本实施例中不作任何限定。
在本实施例中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的执行主体还可以为智能手机和平板等智能设备，对此本实施例中不作任何限定。
可见，实施图1所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，能够优先获取多级面齿轮的定义参数；然后将该定义参数输入至预设的多体动力学数值计算模型和预设的多体动力学仿真分析模型进行计算处理和仿真处理，得到数值计算结果和仿真分析结果；再然后，根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够根据多级面齿轮的形态、结构以及样貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，从而确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的分析确定精度。
实施例2
请参看图2，图2为本申请实施例提供的另一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图。图2所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图是根据图1所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法的流程示意图进行改进得到的。其中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法包括：
S201、提取多级面齿轮的结构特征。
本实施例中，对于结构特征的获取手段不做任何限定，其中获取手段可以包括扫描、建模、反求设计或参阅相关文献等等。
S202、根据结构特征生成多级面齿轮的定义参数。
本实施例中，定义参数是与结构特征相关的，可以理解为多级面齿轮相应的结构参数。
S203、获取预设的多体动力学数值计算模型包括的面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式。
本实施例中，面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式构成了多体动力学数值计算模型，即面齿轮建立多体动力学数值模型。
本实施例中，面齿轮副接触碰撞关系定义模型或单级面齿轮副接触碰撞关系可定义为：面齿轮的接触碰撞问题是一种非线性过程，其中包含了正常的啮合接触，也包括因误差、变速、侧隙、变形等因素的瞬态冲击。因此接触碰撞关系中必会包含轮齿的剪切、弯曲、啮合点载荷集中以及齿体挠曲等变形；多级面齿轮副接触碰撞关系定义为：多级面齿轮轮齿啮合过程中，由于变速的需要，载荷与转速通过圆柱齿轮从工作面齿轮切换至原来自由空转的面齿轮间传递，使轮齿在退出上一级啮合和进入下一级啮合时，啮合点的实际位置并不在同一级齿轮的啮合线上，而是直接跳跃至下一级啮合线上，产生啮合轮齿的线外啮合，引起了传动过程中的级间变速，从而产生级间冲击激励。
本实施例中，请参照图8，图8是啮合冲击速度假设示意图，其中，在单级面齿轮啮合过程中(即定比传动)，啮合冲击速度可假设为两个半径不同的正交角度运动质量体的正心接触碰撞。根据啮合原理，两齿轮在齿面任意接触点切线方向上的绝对速度不相同，从而导致两齿面沿啮合线产生相对滑动速度，即为啮合冲击速度。该面齿轮啮合冲击速度定义公式为：
式中，v12为相对滑动速度。ωc、ωf分别为圆柱齿轮与面齿轮的转速。rc、rf分别为圆柱齿轮与面齿轮分度圆半径。s＝rc tanα为任意接触点与节点在啮合线上的距离。qfsi为圆柱齿轮与面齿轮的传动比。
在本实施例中，关于多级面齿轮冲击速度，在多级面齿轮啮合过程中，由于变速的需要，载荷与转速通过圆柱齿轮从工作面齿轮切换至原来自由空转的面齿轮间传递，使轮齿在退出上一级啮合和进入下一级啮合时，啮合点的实际位置并不在同一级齿轮的啮合线上，而是直接跳跃至下一级啮合线上，产生啮合轮齿的线外啮合，引起了传动过程中的级间变速，从而产生级间冲击激励。在载荷与转速变化的影响下，由于受到变速机构的作用，轮齿的啮合存在误差与变形，所以在啮合点会偏离理论啮合线，并且随着传动比的改变，齿轮的转速与扭矩都发生突变。
vs＝ωcrc(1+1/qcfi)[1-cos(α′cf+γ′cf)/cosα]
式中，vs为啮合冲击速度。ωc为圆柱齿轮的角速度。qcfi为圆柱齿轮与工作面齿轮副的传动比，并且随着级数的切换而改变。α为齿轮设计时的分度圆压力角。α′cf＝arctan(s/rc)为实际啮合点的压力角。
为啮合点到圆柱齿轮中心的连线与两齿轮中心线之间的夹角。
S204、根据定义参数、面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式进行计算处理，得到数值计算结果。
本实施例中，当齿轮副两齿面发生瞬时碰撞，由于负载使两齿面无法保持持续贴合，故从动轮瞬时加速并与主动轮发生分离，就此往复进行。在该过程中，齿轮通过轮齿的相互接触来传递碰撞力合力。根据Hertz接触力学模型，如图7，在齿轮啮合的弹性作用过程中，受误差与结构变形的影响，齿轮啮合力作用方向很难与理论啮合线方向完全吻合。计入材料的阻尼，广义的Hertz齿轮啮合力为：
式中，Fm为齿轮啮合力。Kcf为Hertz接触刚度。
为两个质体接触齿面法向的相对变形量。
为相对接触速度。Dcf(x)＝λxξ为阻尼系数，
为滞后阻尼系数，a为非线性阻尼力幂指数，通常取a＝1.5，
为两旋转体的接触点距离，T为施加在物体上的扭矩，ξ为碰撞指数。
一般将接触碰撞分为法向、切向、混合接触(依赖于法向力)。其中，该公式为面齿轮接触啮合力定义公式为：
Fm＝Fn+Ft
式中，Fn为法向接触力。Ft为切向接触力。
若齿轮啮合传动时轮齿发生变形，应用等效弹簧阻尼模型求解齿轮法向接触力公式：
式中，C(δ)为接触阻尼多项式。
当考虑齿轮间的滑动摩擦时，则可采用库仑摩擦模型来表示切向接触力：
Ft＝-μFnsgn(v12)
式中，μ为摩擦系数。sgn(v12)为啮合相对速度阶跃函数。
请参照图9，图9为面齿轮接触动力学简化模型。
本实施例中，关于面齿轮接触碰撞力定义公式，当两个物体碰撞时所产生的碰撞力如齿轮的啮合力，可看成两个具有变曲率的圆柱体碰撞的问题。参照多体动力学软件ADAMS中的Impact函数模型得知，当两个物体相互接触时，碰撞力由两部分组成：一个是由于两物体之间相互渗透而产生的弹性力；一个是其动量突变，由于相对速度而产生的阻尼力。因此，接触碰撞力定义为：
式中，h0为碰撞前的初始距离，mm。h为碰撞过程中的实际距离，mm。s＝h-h0。ξ为碰撞指数，mm。Cmax为最大接触阻尼多项式，N-s/mm。d为碰撞渗透深度，mm。
(1)刚度系数
由Hertz接触理论得到接触刚度系数如下：
式中，
为啮合齿轮的综合弹性模量，Ec、Ef分别为圆柱齿轮和面齿轮的弹性模量，μc、μf分别为圆柱齿轮和面齿轮的泊松比。
R1和R2为两齿轮的有效半径(若是齿间碰撞，可近似用分度圆半径代替齿轮啮合接触点当量半径)。
(2)碰撞指数
碰撞指数反映了材料的非线性程度，一般取金属材料ξ＝1.5，橡胶材料ξ＝2。
(3)最大接触阻尼多项式
采用非线性滞后阻尼模型表征碰撞能量的损失：
式中，e为碰撞恢复系数。δ为相对变形量。vk为啮合碰撞速度(单级面齿轮vk＝v12。多级面齿轮vk＝vs)。
(4)碰撞恢复系数
碰撞恢复系数表示碰撞过程中的动能损失，可用于分析接触变形条件下的齿轮传动系统动态特性。在接触碰撞过程的压缩和弹性恢复两个阶段中，弹性体不仅包括弹性变形，还包括弹塑性变形和有限塑性变形。根据Johnson的计算模型，可将碰撞问题分解为完全弹性部分和塑性部分：
式中，j为碰撞屈服速比，j＝vk/vy，jly＝vl/vy，vl为浅痕压缩理论的最大速度，一般取100m/s。
其中，为碰撞屈服速度：
式中，Yf为面齿轮材料的屈服强度。ρc为圆柱齿轮碰撞物体的密度。
(5)相对接触变形量
最大阻尼的相对变形量可定义为弹塑性接触碰撞的变形量：
式中，
为两弹性体综合质量，mc、mf分别为圆柱齿轮和面齿轮质量。
(6)碰撞渗透深度
当两个物体接触前，阻尼分量为零；当两个物体渗透达到所定义的渗透深度d时，阻尼达到最大值。其中，
S205、在预设的多体动力学仿真分析模型导入定义参数。
本实施例中，该过程可以理解为建立/导入数据至多级面齿轮样机结构模型中的过程。
S206、接收齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义。
本实施例中，该过程可以理解为创建接触、约束、转动副或旋转副等关系以及定义边界、施加载荷、添加求解定义的过程。
S207、根据齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义对导入定义参数的多体动力学仿真分析模型进行仿真处理，得到仿真分析结果。
本实施例中，仿真处理的过程包括仿真过程和后处理过程，其中对于仿真过程，本实施例中不做过多赘述。
在本实施例中，对于后处理过程而言，包括单级面齿轮副的碰撞特性获取和考虑速比切换影响的多级面齿轮副的碰撞特性提取，其中，选用20CrMnTi作为圆柱齿轮与面齿轮材料，利用ADAMS建立多级鼓形面齿轮副动力学模型，如图10所示。另外，上述的两种碰撞特性的获取也要考虑无负载变工况下的碰撞特性分析和变负载恒转速工况下的碰撞特性分析。
S208、判断数值计算结果和仿真分析结果是否相匹配，若是，则执行步骤S209；若否，则结束本流程。
作为一种可选的实施方式，在数值计算结果和仿真分析结果不相匹配时，在设定的误差外，输出报警信息，该报警信息用于提示多级面齿轮的碰撞特性的两种结果可能存在较大误差的风险。
可见，实施这种实施方式，能够在数值计算结果和仿真分析结果不匹配时也输出相应结果，从而提高该方法的适用性。
S209、根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。
本实施例中，该方法能够根据两种不同方式获取的结果进行佐证比对，从而提高多级面之轮的碰撞特性的获取精度。
本实施例中，该方法提出一种考虑鼓形齿轮的啮合特征、接触变形、变工况冲击、啮合点跳跃冲击的齿轮碰撞特性动力学模型和多体动力学模拟仿真方法。
举例来说，请参照图11，图11是多体动力学数值计算及仿真模拟过程示意图，由图11可见，该方法可以分别针对单/多级鼓形面齿轮结构，进行接触碰撞关系假设，建立多体动力学数值模型，并对刚度系数、碰撞指数、最大接触阻尼、碰撞恢复系数、相对接触变形量和碰撞渗透深度进行定义，从而求解出啮合冲击速度、啮合力、接触碰撞力；然后建立ADAMS多体动力学仿真分析模型，通过导入结构，创建接触、约束，建立转动副/移动副，定义边界、施加载荷，求解设置，结果后处理；并与数值结果进行对比。
实施这种实施方式，能够针对面齿轮提出一种考虑鼓形齿轮啮合特征、接触变形、变工况冲击、啮合点跳跃冲击的齿轮碰撞特性模型，能够定义面齿轮的接触碰撞关系，对其碰撞力、碰撞速度和接触啮合力进行分析；还能够针对单/多级鼓形面齿轮建立以单级面齿轮副为对象，对比研究在有/无负载及恒/变速四种工况条件下的碰撞特性，研究结果可用于鼓形齿轮在接触变形和频繁变速冲击的瞬态特性分析；同时，还能够以此为基础，扩展研究多级面齿轮副在恒/变扭矩和恒/变速四种输入条件下因速比变换而产生的变工况碰撞特性，研究结果可探明多级面齿轮副在适应多种载荷、连续增/减速过程中的啮合力、碰撞力波动特性。
可见，实施图2所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，能够优先获取多级面齿轮的定义参数；然后将该定义参数输入至预设的多体动力学数值计算模型和预设的多体动力学仿真分析模型进行计算处理和仿真处理，得到数值计算结果和仿真分析结果；再然后，根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够根据多级面齿轮的形态、结构以及样貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，从而确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的检测精度。
实施例3
请参看图3，图3为本申请实施例提供的一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图。其中，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置包括：
提取单元310，用于提取多级面齿轮的定义参数；
计算单元320，用于通过预设的多体动力学数值计算模型对定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；
仿真单元330，用于通过预设的多体动力学仿真分析模型对定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；
分析单元340，用于根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。
本实施例中，对于多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。
可见，实施图3所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，能够通过其包括的提取单元310来获取多级面齿轮的定义参数；再通过计算单元320来通过预设的多体动力学数值计算模型对定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；再通过仿真单元330来通过预设的多体动力学仿真分析模型对定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；最后通过分析单元340来根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。可见，实施这种实施方式，能够根据多级面齿轮的形态、结构以及样貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，从而确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的检测精度。
实施例4
请参看图4，图4为本申请实施例提供的另一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图。图4所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图是根据图3所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的结构示意图进行改进得到的。其中，该提取单元310包括：
提取子单元311，用于获取多级面齿轮的结构特征；
生成子单元312，用于根据结构特征生成多级面齿轮的定义参数。
作为一种可选的实施方式，该多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置还包括：
判断单元350，用于判断数值计算结果和仿真分析结果是否相匹配；
分析单元340，具体用于在数值计算结果和仿真分析结果相匹配时，触发执行的根据数值计算结果和仿真分析结果进行对比分析，得到多级面齿轮的碰撞特性。
作为一种可选的实施方式，计算单元320包括：
提取子单元321，用于获取预设的多体动力学数值计算模型包括的面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式；
计算子单元322，用于根据定义参数、面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式进行计算处理，得到数值计算结果。
作为一种可选的实施方式，仿真单元330包括：
导入子单元331，用于在预设的多体动力学仿真分析模型导入定义参数；
接收子单元332，用于接收齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及仿真定义；
仿真子单元333，用于根据齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及求解定义对导入定义参数的多体动力学仿真分析模型进行仿真处理，得到仿真分析结果。
本实施例中，对于多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置的解释说明可以参照实施例1或实施例2中的描述，对此本实施例中不再多加赘述。
可见，实施图4所描述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，能够根据多级面齿轮的形态、结构以及样貌生成的定义参数来进行理论计算和仿真模拟得到两种不同的结果，以使该两种结果可以相互佐证和比对，从而确定该多级面齿轮的碰撞特性，从而能够获知到多级面齿轮的碰撞变形情况、碰撞速度、碰撞力以及碰撞势能能等细节信息，进而能够实现高精度的多级面齿轮碰撞特性的检测，提高了目前多级面齿轮的碰撞特性的检测精度。
本申请实施例提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行本申请实施例1或实施例2中任一项多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行本申请实施例1或实施例2中任一项多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依据所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以利用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以利用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
Claims (10)
1.一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述方法包括：
提取多级面齿轮的定义参数；
通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；
通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；
根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
2.根据权利要求1所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述提取多级面齿轮的定义参数的步骤包括：
提取多级面齿轮的结构特征；
根据所述结构特征生成所述多级面齿轮的定义参数。
3.根据权利要求1所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述方法还包括：
判断所述数值计算结果和所述仿真分析结果是否相匹配；
当所述数值计算结果和所述仿真分析结果相匹配时，触发执行所述的根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性的步骤。
4.根据权利要求1所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果的步骤包括：
获取预设的多体动力学数值计算模型包括的面齿轮副接触碰撞关系定义模型、面齿轮啮合冲击速度定义公式、面齿轮接触啮合力定义公式以及面齿轮接触碰撞力定义公式；
根据所述定义参数、所述面齿轮副接触碰撞关系定义模型、所述面齿轮啮合冲击速度定义公式、所述面齿轮接触啮合力定义公式以及所述面齿轮接触碰撞力定义公式进行计算处理，得到数值计算结果。
5.根据权利要求1所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法，其特征在于，所述通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果的步骤包括：
在预设的多体动力学仿真分析模型导入所述定义参数；
接收齿轮接触定义、齿轮约束定义、齿轮转动副定义、齿轮旋转副关系定义、边界定义、施加载荷定义以及仿真定义；
根据所述齿轮接触定义、所述齿轮约束定义、所述齿轮转动副定义、所述齿轮旋转副关系定义、所述边界定义、所述施加载荷定义以及所述仿真定义对导入所述定义参数的所述多体动力学仿真分析模型进行仿真处理，得到仿真分析结果。
6.一种多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，其特征在于，所述多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置包括：
提取单元，用于提取多级面齿轮的定义参数；
计算单元，用于通过预设的多体动力学数值计算模型对所述定义参数进行计算处理，得到数值计算结果；
仿真单元，用于通过预设的多体动力学仿真分析模型对所述定义参数进行仿真处理，得到仿真分析结果；
分析单元，用于根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
7.根据权利要求6所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，其特征在于，所述提取单元包括：
提取子单元，用于提取多级面齿轮的结构特征；
生成子单元，用于根据所述结构特征生成所述多级面齿轮的定义参数。
8.根据权利要求6所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置，其特征在于，所述多级面齿轮的碰撞特性的分析确定装置还包括：
判断单元，用于判断所述数值计算结果和所述仿真分析结果是否相匹配；
所述分析单元，具体用于在所述数值计算结果和所述仿真分析结果相匹配时，触发执行所述的根据所述数值计算结果和所述仿真分析结果进行对比分析，得到所述多级面齿轮的碰撞特性。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括存储器以及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读取存储介质中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被一处理器读取并运行时，执行权利要求1至5任一项所述的多级面齿轮的碰撞特性的分析确定方法。
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