CN115098976B - 一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，包括：S1、获取待计算的浮动支撑摩擦片组件的基本参数，所述摩擦片组件包括摩擦片和内毂；S2、利用势能法计算摩擦片单齿综合刚度；S3、计算在重力作用下摩擦片与内毂产生的自偏心距；S4、根据摩擦片与内毂的齿侧间隙和相对位置关系，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；S5、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；S6、计算摩擦片与内毂每个接触齿的碰撞力；S7、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扭转冲击动载动力学模型，计算每时刻内毂与摩擦片的冲击载荷。

Description

一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法

技术领域

本发明涉及摩擦片组件技术领域，特别涉及一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法。

背景技术

由于摩擦片或内毂轮齿的加工误差、安装误差、润滑和修形等因素，摩擦片与内毂轮齿间不可避免会存在齿侧间隙，受重力影响浮动支撑摩擦片与内毂必然存在自偏心。摩擦片浮动支撑条件下，由于变速机构的扭转振动等引起内毂转速表现为高频特征的非平稳性，造成摩擦片与内毂发生冲击碰撞。由于自偏心的存在，齿侧间隙分布不均匀，摩擦片与内毂轮齿不完全接触，使摩擦片部分齿的齿面受到较大的冲击载荷，会引起摩擦片部分轮齿的齿面与齿根发生疲劳损坏。

现有技术对具有齿侧间隙的摩擦片组件的动态特性的研究未考虑齿侧间隙在重力作用下引起的自偏心作用，使最终计算结果与实际值发生较大偏差。

发明内容

针对现有技术中未考虑齿侧间隙在重力作用下引起的自偏心作用，使得获取的摩擦片组件冲击力与实际值发生较大偏差的问题，本发明提出一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，充分考虑了摩擦片在重力作用下引起的自偏心量对浮动齿圈摩擦片组件冲击载荷的影响，保证较高计算效率的同时与实际值更接近，提高获取精度。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，具体包括以下步骤：

S1、获取待计算的浮动支撑摩擦片组件的基本参数，所述摩擦片组件包括摩擦片和内毂；

S2、基于摩擦片组件的基本参数，利用势能法计算摩擦片单齿综合刚度；

S3、基于摩擦片组件的基本参数，计算在重力作用下摩擦片与内毂产生的自偏心距；

S4、根据摩擦片与内毂的齿侧间隙和相对位置关系，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；

S5、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；

S6、根据S2中确定的摩擦片单齿综合刚度、S3中确定的摩擦片与内毂的自偏心距、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；

S7、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扭转冲击动载动力学模型，计算每时刻内毂与摩擦片的冲击载荷。

优选地，所述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、转速波动频率和幅值。

优选地，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k_bj、剪切刚度k_sj和轴向压缩刚度k_aj，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；U_aj、U_bj和U_sj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；F_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合点接触载荷；F_aj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在水平方向的分量；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；A_xj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；d_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿啮合位置距齿根圆距离；M_j为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的弯矩；I_xj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；F_bj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在竖直方向的分量；G_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的剪切模量；

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k_fj，表达式如下：

公式(2)中，j＝1时代表内毂；j＝2时代表摩擦片；θ_fj为内毂或摩擦片的轮齿基体的变形；M_fj为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的单位弯矩；V_j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；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；υ_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的泊松比；h_j’表示距离内毂轮齿或摩擦片轮齿固定端x处截面；F_j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k_bj、剪切刚度k_sj、轴向压缩刚度k_aj和S202中基体刚度k_fj，获取摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度K，计算如下：

优选地，所述S3包括以下步骤：

重力作用下摩擦片右侧齿(工作齿面)先接触产生的偏心距计算如下：

公式(4)中，a_R表示重力作用下摩擦片右侧齿(工作齿面)接触引起的偏心距；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号；

重力作用下摩擦片左侧齿(非工作齿面)先接触产生的偏心距计算如下：

公式(5)中，a_L表示重力作用下摩擦片左侧齿(工作齿面)接触引起的偏心距；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号；

则重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距a，表示为：

a＝(a_L+a_R)/2。

优选地，所述S4包括以下步骤：

S401、利用S1所述的内毂与摩擦片的基本参数，自偏心作用下计算内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面与非工作齿面的齿侧间隙，计算形式如下：

公式(6)中，c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；a表示重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数；n为齿序号；

S402、考虑摩擦副组件在扭矩作用下的相对位移，计算内毂与摩擦片的工作齿面与非工作齿面的变形量，计算形式如下：

δ_Rn＝R(θ₁-θ₂)cosα₀-c_Rn，δ_Ln＝R(θ₂-θ₁)cosα₀-c_Ln (7)

公式(7)中，δ_Rn表示内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面的变形量；δ_Ln表示内毂与摩擦片第n个齿的非工作齿面的变形量；R为分度圆半径；θ₁为内毂角位移；θ₂为摩擦片角位移；α₀为压力角；c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙；

S403、根据S402的工作齿面变形量δ_Rn和非工作齿面变形量δ_Ln的计算结果进行碰撞判断：若δ_Rn＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个工作齿面发生碰撞(正碰)，记C_Rn＝1；若δ_Ln＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个非工作齿面发生碰撞(反碰)，记C_Ln＝1；若δ_Rn≤0或δ_Ln≤0，则判断摩擦片与内毂的第n个齿不发生碰撞，记C_Rn＝0或C_Ln＝0，通过C_Rn和C_Ln判断碰撞齿位置；

S404、根据S403的计算结果，分别获得内毂与摩擦片正碰和反碰的碰撞齿数，表示为：

公式(8)中，Z为摩擦片和内毂的齿数；

则内毂与摩擦片轮齿总碰撞齿数为：

N＝N_R+N_L。

优选地，所述S5包括以下步骤：

S501、基于赫兹接触理论，非线性冲击碰撞力F表示为：

公式(9)中，Kδ^m表示弹性接触力部分；是冲击阻尼力部分，δ为齿部法向相对变形量；/>为碰撞过程中相对速度；m为非线性指数，m＝1.5；μ为迟滞阻尼系数；

S502、轮齿碰撞开始接触到碰撞结束分离时的能量损耗ΔT表示为：

公式(10)中，m₁为内毂的质量；m₂为摩擦片的质量；为碰撞前轮齿的相对速度；e为冲击反弹系数；

冲击反弹系数e定义为两物体碰撞前的相对接近速度与碰撞后的相对分离速度的比值，表示为：

公式(11)中，为碰撞结束分离时内毂的速度；/>为碰撞结束分离时摩擦片的速度；/>为碰撞开始接触时内毂的速度；/>为碰撞开始接触时摩擦片的速度；

S503、当轮齿碰撞以阻尼力形式做功的能量耗散ΔT表示为：

公式(12)中，δ₀为轮齿碰撞的最大变形量；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；

S504、根据能量守恒定理，结合式(10)和式(12)得到迟滞阻尼系数μ，表示为：

公式(13)中，e为冲击反弹系数；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；为碰撞前轮齿的相对速度。

优选地，所述S6中，摩擦片与内毂第n个齿的碰撞力为：

公式(14)中，F_n ^*表示摩擦片与内毂第n个齿的碰撞力；p＝μ/K；μ为迟滞阻尼系数；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；为内毂角速度；/>为摩擦片角速度；R表示分度圆半径；δ_L表示内毂与摩擦片轮齿非工作齿面的变形量；δ_R表示内毂与摩擦片轮齿工作齿面的变形量。

优选地，所述S7包括以下步骤：

S701、由于内毂扭转振动造成摩擦片的转速波动，内毂输入角速度ω及输入角加速度α表示为：

ω＝ω₀+Asin(2πft)，α＝2πfAcos(2πft) (15)

公式(15)中，ω表示内毂转速波动，ω₀表示恒定转速；A为转速波动幅值；f为转速波动频率；t表示时间；α表示输入角加速度；

S702、建立内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型，其形式如下

公式(16)中，J₁表示内毂的转动惯量；J₂表示摩擦片的转动惯量；为内毂角加速度；/>为摩擦片角加速度；α表示内毂输入角加速度；F_total为内毂与摩擦片每时刻所有齿的总冲击载荷；Rb为基圆半径；n表示第n个齿；z为齿数，即轮齿的总数；/>为内毂与摩擦片第n个齿的冲击载荷；

S703、对S702中构建的内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型在时间t内迭代计算，输出每时刻内毂与摩擦片的所有齿的总冲击载荷和单个轮齿的冲击载荷。

综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明通过内毂与摩擦片的单齿对接触的综合刚度、冲击反弹系数、迟滞阻尼系数、摩擦片在重力作用下产生的偏心距计算摩擦片与内毂接触齿的碰撞力F^*，构建内毂与摩擦片的二质量冲击动载动力学模型，计算每时刻内毂与摩擦片的冲击动载，从而提高摩擦片组件冲击载荷获取效率。

本发明在摩擦片与内毂的轮齿间存在均匀齿侧间隙和偏心距的的情况下，确定内毂与摩擦片齿部发生正碰或反碰。

附图说明：

图1为根据本发明示例性实施例的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法示意图。

图2为根据本发明示例性实施例的摩擦片组件不偏心初始状态示意图。

图3为根据本发明示例性实施例的摩擦片组件自偏心初始状态示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明提供一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，包括以下步骤：

S1、获取待计算的浮动支撑摩擦片组件的基本参数，所述摩擦片组件包括摩擦片和内毂。

本实施例中，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、转速波动频率和幅值等。

S2、基于摩擦片组件的基本参数，利用势能法计算摩擦片单齿综合刚度。

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k_bj、剪切刚度k_sj和轴向压缩刚度k_aj，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；U_aj、U_bj和U_sj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；F_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合点接触载荷；F_aj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在水平方向的分量；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；A_xj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；d_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿啮合位置距齿根圆距离；M_j为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的弯矩；I_xj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；F_bj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在竖直方向的分量；G_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的剪切模量。

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k_fj，表达式如下：

公式(2)中，j＝1时代表内毂；j＝2时代表摩擦片；θ_fj为内毂或摩擦片的轮齿基体的变形；M_fj为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的单位弯矩；V_j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；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；υ_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的泊松比；h_j’表示距离内毂轮齿或摩擦片轮齿固定端x处截面。

S203、根据S201中内毂和摩擦片轮齿的弯曲刚度k_bj、剪切刚度k_sj、轴向压缩刚度k_aj和S202中基体刚度k_fj，获取摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度K，计算如下：

S3、基于摩擦片组件的基本参数，计算摩擦片在重力作用下产生的自偏心距。

本实施例中，如图2所示，摩擦片与内毂的轮齿之间存在单侧齿侧间隙c。如图3所示，摩擦片在重力作用下会产生初始自偏心距a。

本实施例中，重力作用下摩擦片右侧齿(工作齿面)先接触产生的偏心距计算如下：

公式(4)中，a_R表示重力作用下摩擦片右侧齿(工作齿面)接触引起的偏心距；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号。

本实施例中，重力作用下摩擦片左侧齿(非工作齿面)先接触产生的偏心距计算如下：

公式(5)中，a_L表示重力作用下摩擦片左侧齿(工作齿面)接触引起的偏心距；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号。

则重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距a可表示为：

a＝(a_L+a_R)/2。

S4、根据所述摩擦片与内毂的齿侧间隙和相对位置关系，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。

S401、利用S1所述的内毂与摩擦片的基本参数，自偏心作用下计算内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面与非工作齿面的齿侧间隙，计算形式如下：

公式(6)中，c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；a表示重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数；n为齿序号。

S402、考虑摩擦副组件在扭矩作用下的相对位移，计算内毂与摩擦片的工作齿面与非工作齿面的变形量，计算形式如下：

δ_Rn＝R(θ₁-θ₂)cosα₀-c_Rn，δ_Ln＝R(θ₂-θ₁)cosα₀-c_Ln (7)

公式(7)中，δ_Rn表示内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面的变形量；δ_Ln表示内毂与摩擦片第n个齿的非工作齿面的变形量；R为分度圆半径；θ₁为内毂角位移；θ₂为摩擦片角位移；α₀为压力角；c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙。

S403、根据S402的工作齿面变形量δ_Rn和非工作齿面变形量δ_Ln的计算结果进行碰撞判断：

若δ_Rn＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个工作齿面发生碰撞(正碰)，记C_Rn＝1；若δ_Ln＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个非工作齿面发生碰撞(反碰)，记C_Ln＝1；若δ_Rn≤0或δ_Ln≤0，则判断摩擦片与内毂的第n个齿不发生碰撞，记C_Rn＝0或C_Ln＝0，通过C_Rn和C_Ln可判断碰撞齿位置；

S404、根据S403的计算结果，可分别获得内毂与摩擦片正碰和反碰的碰撞齿数，可表示为：

公式(8)中，Z为摩擦片和内毂的齿数。

S5、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。

S501、基于赫兹接触理论，非线性冲击碰撞力可表示为：

公式(9)中，Kδ^m表示弹性接触力部分；是冲击阻尼力部分，δ为齿部法向相对变形量；/>为碰撞过程中相对速度；m为非线性指数，m＝1.5；μ为迟滞阻尼系数；

S502、轮齿碰撞开始接触到碰撞结束分离时的能量损耗ΔT可表示为：

公式(10)中，m₁为内毂的质量；m₂为摩擦片的质量；为碰撞前轮齿的相对速度；e为冲击反弹系数。

冲击反弹系数e定义为两物体碰撞前的相对接近速度与碰撞后的相对分离速度的比值，表示为：

公式(11)中，为碰撞结束分离时内毂的速度；/>为碰撞结束分离时摩擦片的速度；/>为碰撞开始接触时内毂的速度；/>为碰撞开始接触时摩擦片的速度。

S503、当轮齿碰撞以阻尼力形式做功的能量耗散ΔT可表示为：

公式(12)中，δ₀为轮齿碰撞的最大变形量，K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；

S504、根据能量守恒定理，结合式(10)和式(12)可得到迟滞阻尼系数μ，可表示为：

S6、根据S2中确定的摩擦片单齿综合刚度、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，基于Hertz接触理论，计算摩擦片与内毂每个接触齿的碰撞力；

本实施例中，轮齿的冲击力合力依靠内毂轮齿与摩擦片轮齿相互碰撞来传递，采用Hertz接触力学模型可以描述接触面之间的非线性冲击碰撞作用。基于Hertz接触理论，结合式(3)、式(7)和式(13)，内毂与摩擦片工作齿面(正碰)与非工作齿面(反碰)的碰撞力可计算为：

公式(14)中， F _n ^*表示摩擦片与内毂第n个齿的碰撞力；p＝μ/K；μ为迟滞阻尼系数；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；为内毂角速度；/>为摩擦片角速度；R表示分度圆半径；δ_L表示内毂与摩擦片轮齿非工作齿面的变形量；δ_R表示内毂与摩擦片轮齿工作齿面的变形量；

S7、根据S6中确定的内毂与摩擦片的碰撞力，基于牛顿力学理论，构建内毂与摩擦片二质量扭转冲击动载动力学模型，计算每时刻内毂与摩擦片的冲击载荷。

S701、由于内毂扭转振动造成摩擦片的转速波动，内毂输入角速度ω及输入角加速度α可表示为

ω＝ω₀+Asin(2πft)，α＝2πfAcos(2πft) (15)

公式(15)中，ω表示内毂转速波动，ω₀表示恒定转速；A为转速波动幅值；f为转速波动频率；t表示时间；α表示输入角加速度。

S702、建立内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型，其形式如下

公式(16)中，J₁表示内毂的转动惯量；J₂表示摩擦片的转动惯量；为内毂角加速度；/>为摩擦片角加速度；α表示内毂输入角加速度；F_total为内毂与摩擦片每时刻所有齿的总冲击载荷；R_b为基圆半径；n表示第n个齿；Z为齿数，即轮齿的总数；/>为内毂与摩擦片第n个齿的冲击载荷。

S703、对S702中构建的内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型在时间t内迭代计算，若t≤t1，更新θ₁和θ₂，并将t+1，重复S2-S6；若t＞t1，输出每时刻内毂与摩擦片的所有齿的总冲击载荷和单个轮齿的冲击载荷。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，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的基本参数，所述摩擦片组件包括摩擦片和内毂；

S2、基于摩擦片组件的基本参数，利用势能法计算摩擦片单齿综合刚度；

S3、基于摩擦片组件的基本参数，计算在重力作用下摩擦片与内毂产生的自偏心距；

所述S3包括以下步骤：

重力作用下摩擦片右侧齿先接触产生的偏心距计算如下：

公式(4)中，a_R表示重力作用下摩擦片右侧齿接触引起的偏心距，摩擦片右侧齿为工作齿面；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号；

重力作用下摩擦片左侧齿先接触产生的偏心距计算如下：

公式(5)中，a_L表示重力作用下摩擦片左侧齿接触引起的偏心距，摩擦片左侧齿为非工作齿面；abs(…)表示绝对值；min(…)表示最小值；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数，n为齿序号；

则重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距a，表示为：

a＝(a_L+a_R)/2；

S4、根据摩擦片与内毂的齿侧间隙和相对位置关系，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；

S5、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；

S6、根据S2中确定的摩擦片单齿综合刚度、S3中确定的摩擦片与内毂的自偏心距、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；

S7、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扭转冲击动载动力学模型，计算每时刻内毂与摩擦片的冲击载荷。

2.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，其特征在于，所述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、转速波动频率和幅值。

3.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，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k_bj、剪切刚度k_sj和轴向压缩刚度k_aj，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；U_aj、U_bj和U_sj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；F_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合点接触载荷；F_aj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在水平方向的分量；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；A_xj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；d_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿啮合位置距齿根圆距离；M_j为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的弯矩；I_xj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；F_bj为内毂轮齿或摩擦片轮齿的啮合力在竖直方向的分量；G_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的剪切模量；

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k_fj，表达式如下：

公式(2)中，j＝1时代表内毂；j＝2时代表摩擦片；θ_fj为内毂或摩擦片的轮齿基体的变形；M_fj为距离内毂轮齿或摩擦片轮齿的固定端x处的单位弯矩；V_j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；E_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的弹性模量；υ_j表示内毂轮齿或摩擦片轮齿的泊松比；h_j’表示距离内毂轮齿或摩擦片轮齿固定端x处截面；F_j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k_bj、剪切刚度k_sj、轴向压缩刚度k_aj和S202中基体刚度k_fj，获取摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度K，计算如下：

4.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，其特征在于，所述S4包括以下步骤：

S401、利用S1所述的内毂与摩擦片的基本参数，自偏心作用下计算内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面与非工作齿面的齿侧间隙，计算形式如下：

公式(6)中，c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙；c表示不偏心状态摩擦片与内毂的轮齿之间的单侧齿侧间隙；a表示重力作用下摩擦片产生的初始自偏心距；α₀表示压力角；Z为摩擦片和内毂的齿数；n为齿序号；

S402、考虑摩擦副组件在扭矩作用下的相对位移，计算内毂与摩擦片的工作齿面与非工作齿面的变形量，计算形式如下：

δ_Rn＝R(θ₁-θ₂)cosα₀-c_Rn，δ_Ln＝R(θ₂-θ₁)cosα₀-c_Ln (7)

公式(7)中，δ_Rn表示内毂与摩擦片第n个齿的工作齿面的变形量；δ_Ln表示内毂与摩擦片第n个齿的非工作齿面的变形量；R为分度圆半径；θ₁为内毂角位移；θ₂为摩擦片角位移；α₀为压力角；c_Rn表示自偏心状态第n个齿的工作齿面的齿侧间隙；c_Ln表示自偏心状态第n个齿的非工作齿面的齿侧间隙；

S403、根据S402的工作齿面变形量δ_Rn和非工作齿面变形量δ_Ln的计算结果进行碰撞判断：若δ_Rn＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个工作齿面发生碰撞，即正碰，记C_Rn＝1；若δ_Ln＞0，则判断摩擦片与内毂的第n个非工作齿面发生碰撞，即反碰，记C_Ln＝1；若δ_Rn≤0或δ_Ln≤0，则判断摩擦片与内毂的第n个齿不发生碰撞，记C_Rn＝0或C_Ln＝0，通过C_Rn和C_Ln判断碰撞齿位置；

S404、根据S403的计算结果，分别获得内毂与摩擦片正碰和反碰的碰撞齿数，表示为：

公式(8)中，Z为摩擦片和内毂的齿数；

则内毂与摩擦片轮齿总碰撞齿数为：

N＝N_R+N_L。

5.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，其特征在于，所述S5包括以下步骤：

S501、基于赫兹接触理论，非线性冲击碰撞力F表示为：

公式(9)中，Kδ^m表示弹性接触力部分；是冲击阻尼力部分，δ为齿部法向相对变形量；/>为碰撞过程中相对速度；m为非线性指数，m＝1.5；μ为迟滞阻尼系数；

S502、轮齿碰撞开始接触到碰撞结束分离时的能量损耗ΔT表示为：

公式(10)中，m₁为内毂的质量；m₂为摩擦片的质量；为碰撞前轮齿的相对速度；e为冲击反弹系数；

冲击反弹系数e定义为两物体碰撞前的相对接近速度与碰撞后的相对分离速度的比值，表示为：

公式(11)中，为碰撞结束分离时内毂的速度；/>为碰撞结束分离时摩擦片的速度；/>为碰撞开始接触时内毂的速度；/>为碰撞开始接触时摩擦片的速度；

S503、当轮齿碰撞以阻尼力形式做功的能量耗散ΔT表示为：

公式(12)中，δ₀为轮齿碰撞的最大变形量；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；

S504、根据能量守恒定理，结合式(10)和式(12)得到迟滞阻尼系数μ，表示为：

公式(13)中，e为冲击反弹系数；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；为碰撞前轮齿的相对速度。

6.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，其特征在于，所述S6中，摩擦片与内毂第n个齿的碰撞力为：

公式(14)中，F_n ^*表示摩擦片与内毂第n个齿的碰撞力；p＝μ/K；μ为迟滞阻尼系数；K表示摩擦片组件轮齿单齿对接触的综合刚度；为内毂角速度；/>为摩擦片角速度；R表示分度圆半径；δ_L表示内毂与摩擦片轮齿非工作齿面的变形量；δ_R表示内毂与摩擦片轮齿工作齿面的变形量。

7.如权利要求1所述的一种考虑自偏心的浮动齿圈摩擦片组件冲击力计算方法，其特征在于，所述S7包括以下步骤：

S701、由于内毂扭转振动造成摩擦片的转速波动，内毂输入角速度ω及输入角加速度α表示为：

ω＝ω₀+Asin(2πft)，α＝2πfAcos(2πft) (15)

公式(15)中，ω表示内毂转速波动，ω₀表示恒定转速；A为转速波动幅值；f为转速波动频率；t表示时间；α表示输入角加速度；

S702、建立内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型，其形式如下

公式(16)中，J₁表示内毂的转动惯量；J₂表示摩擦片的转动惯量；为内毂角加速度；为摩擦片角加速度；α表示内毂输入角加速度；F_total为内毂与摩擦片每时刻所有齿的总冲击载荷；Rb为基圆半径；n表示第n个齿；z为齿数，即轮齿的总数；/>为内毂与摩擦片第n个齿的冲击载荷；

S703、对S702中构建的内毂与摩擦片二质量冲击动载动力学模型在时间t内迭代计算，输出每时刻内毂与摩擦片的所有齿的总冲击载荷和单个轮齿的冲击载荷。