本发明涉及一种斜齿轮啮合效率计算方法，尤其涉及一种基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法。
背景技术：
1、齿轮传动作为一种广泛应用于各类机械设备中的传动元件，其性能和寿命对设备的可靠性和稳定性具有重要影响。
2、齿轮传动中的斜齿轮副啮合效率对系统传动效率有较大的影响，其中滑动摩擦功率损失是啮合效率的主要部分。特别是在高速重载齿轮传动中，其轮齿承受载荷高、相对滑动速度大、且处于混合弹流润滑状态，齿面摩擦功率损失严重，当前大多数关于斜齿轮啮合效率的研究往往忽视了齿轮的动力学特性以及齿面摩擦激励的作用，这导致了啮合效率的计算存在较大的偏差。
3、因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，在计算过程中基于混合弹流润滑模型以及斜齿轮副的动力学微分方程对斜齿轮副的接触压力以及动态载荷进行迭代计算处理，使得计算出来的齿面动态载荷、相对滑动速度和时变摩擦系数更接近实际状态，从而提高齿轮动态啮合效率计算的准确性，为后续的齿轮啮合效率分析提供准确的数据支持。
2、本发明提供的一种基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，包括以下步骤：
3、s1.构建斜齿轮副混合弹流润滑接触模型，并基于斜齿轮副混合弹流润滑接触模型确定出斜齿轮副的接触压力和摩擦系数；
4、s2.基于斜齿轮副的摩擦系数确定出斜齿轮副的齿面摩擦力以及齿面摩擦力矩；
5、s3.构建斜齿轮副的主动轮和从动轮的动力学微分方程，并基于斜齿轮副的齿面摩擦力以及齿面摩擦力矩确定出斜齿轮副的动态载荷；
6、s4.判断斜齿轮副的接触压力以及动态载荷是否同时达到收敛条件，如是，则进入步骤s5，如否，则返回步骤s1中；
7、s5.基于接触压力确定出斜齿轮副的动态摩擦系数，并基于动态摩擦系数以及动态载荷构建斜齿轮副啮合效率计算模型，计算出斜齿轮副的动态啮合效率。
8、进一步，步骤s1中具体包括：
9、所述混合弹流润滑接触模型为斜齿轮二维雷诺方程：
10、
11、其中：p为接触压力，h为油膜厚度，η为润滑油的粘度，ρ为润滑油的密度，x和y为沿齿面接触方向坐标，t为瞬时时间，ur为卷吸速度，ρ*为润滑油的等效密度，ρe为润滑油的平衡密度；
12、所述油膜厚度h计算公式为：
13、
14、其中：h0为未变形前主从动轮之间的法向距离，rx为在接触椭圆内长轴的等效曲率半径，ry为在接触椭圆内短轴的等效曲率半径，s(x,y)为齿面粗糙度轮廓，v(x,y)为局部弹性变形；
15、
16、其中：e为等效弹性模量，x'，y'为t时刻的接触位置；
17、所述润滑油粘度η计算公式为：
18、
19、其中：η0为润滑油在标准大气压下的粘度，p0为标准压力值；
20、所述润滑油密度ρ计算公式为：
21、其中：ρ0为润滑油在标准大气压下的密度；
22、所述卷吸速度ur表示为：
23、
24、其中，up、ug分别为主动轮和从动轮齿面相对于接触点的速度，x为沿x方向的表面坐标，t表示时间；
25、混合弹流润滑接触模型采用多重网格法进行求解。
26、进一步，步骤s2中，斜齿轮副的齿面摩擦力通过如下公式计算：
27、ffpg(t)＝∫l(t)sgn[us(x,t)]μ(x,t)qi(x,t)fi(t)dcosβbdx；
28、其中：l(t)为当前啮合位置的接触线长度，μ(x,t)为动态摩擦系数，qi(x,t)为齿面载荷分配系数，fi(t)d为单齿动态载荷，us(x,t)为斜齿轮副的相对滑动速度，βb为斜齿轮的基圆螺旋角，sgn()为符号函数；其中：
29、
30、其中：fi(t)d为单对齿动态载荷，fi(t)s为单齿静态载荷，fd为齿轮动态啮合力，fd(t)s为齿轮静态啮合力，μb表示边界润滑下的摩擦系数，q为斜齿轮副在混合弹流润滑下的剪切应力，p(x,y)为在斜齿轮副啮合点(x,y)处的接触压力；
31、其中：ηe为润滑液的有效粘度，us为斜齿轮副的相对滑动速度；
32、进一步，步骤s2中，所述斜齿轮副的摩擦力矩通过如下公式计算：
33、mfpg(t)＝∫l(t)sgn[us(x,t)]μ(x,t)qi(x,t)fi(t)dr(x,t)dx；
34、其中：r(x,t)为t时刻接触线x位置处摩擦力从动轮对主动轮的摩擦力臂；
35、所述斜齿轮副的相对滑动速度us(x,t)计算公式为：
36、us(x,t)＝up(x,t)-ug(x,t)；
37、其中：up(x,t)和ug(x,t)分别代表主动轮和从动轮的齿面速度；
38、进一步，步骤s3中，主动轮和从动轮的动力学微分方程具体包括：
39、主动轮p动力学微分方程为：
40、
41、从动轮g动力学微分方程为：
42、
43、
44、其中：mp、mg为斜齿轮主从动轮质量，ip、ig为主从动轮转动惯量，βb为主从动轮螺旋角，ψpg为斜齿轮啮合副的作用平面与y轴的夹角，ffpg、mfpg为摩擦力和摩擦力矩，rp、rg为主从动轮基圆半径，tp为主动轮输入扭矩，tg为从动轮输出扭矩，fd为动态啮合力，cpx、cpy、cpz、cpu、cgx、cgy、cgz、cgu为主从动轮x、y、z方向和绕z方向的支撑阻尼，kpx、kpy、kpz、kpu、kgx、kgy、kgz、kgu为主从动轮x、y、z方向和绕z方向的支撑刚度，xp、yp、zp、xg、yg、zg为主从动轮x、y、z方向和绕z方向的位移，θp、θg为主从动轮的扭转位移；
45、其中：fd＝kpg(t)δpg+cpg(t)δpg，kpg(t)为主从动轮的时变啮合刚度，cpg(t)为主从动轮的啮合阻尼，δpg为主从动轮的啮合变形；主从动轮的时变啮合刚度kpg(t)采用切片法确定：
46、
47、其中：kb为弯曲刚度，kc为剪切刚度，ka为轴向压缩刚度，kf为齿轮体基体刚度，koil为齿轮油膜刚度，n为同时啮合的齿数，i为第i切片；
48、进一步，主动轮和从动轮的齿面速度up(x,t)和ug(x,t)具体为：
49、
50、其中：rp(x,t)、rg(x,t)分别为主动轮和从动轮在接触点处的瞬时曲率半径，ωp、ωg分别为主动轮和从动轮的转动角速度；
51、进一步，接触压力以及动态载荷的收敛条件具体为：
52、接触压力收敛条件为：
53、其中：ep为瞬态压力阈值，pγ(t)为第γ次迭代中在时间t上的压力值；
54、动态载荷的收敛条件为：
55、其中：ef为动态啮合力阈值，为第k次迭代中在时间上的啮合力；
56、进一步，斜齿轮副啮合效率计算模型具体为：
57、
58、其中：表示一个啮合周期的平均啮合效率，为斜齿轮副啮合效率，pin为斜齿轮副的输入功率；
59、
60、其中：表示一个啮合周期的平均啮合效率，tm齿轮副的啮合周期；
61、
62、其中：pf(t)表示t时刻一对啮合副的啮合损失功率，l(t)表示t时刻齿轮啮合接触线长度，μ(x,t)为基于混合弹流润滑模型计算所得的时变摩擦系数；
63、进一步，所述t时刻齿轮啮合接触线长度l(t)计算公式为：
64、其中：b为有效啮合齿宽，βb为基圆螺旋角；
65、本发明的有益效果：通过本发明，在计算过程中基于混合弹流润滑模型以及斜齿轮副的动力学微分方程对斜齿轮副的接触压力以及动态载荷进行迭代计算处理，使得计算出来的齿面动态载荷、相对滑动速度和时变摩擦系数更接近实际状态，从而提高齿轮动态啮合效率计算的准确性，为后续的齿轮啮合效率分析提供准确的数据支持。
1.一种基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：步骤s1中具体包括：
3.根据权利要求1所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：步骤s2中，斜齿轮副的齿面摩擦力通过如下公式计算：
4.根据权利要求3所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：步骤s2中，所述斜齿轮副的摩擦力矩通过如下公式计算：
5.根据权利要求4所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：步骤s3中，主动轮和从动轮的动力学微分方程具体包括：
6.根据权利要求5所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：主动轮和从动轮的齿面速度up(x,t)和ug(x,t)具体为：
7.根据权利要求1所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：接触压力以及动态载荷的收敛条件具体为：
8.根据权利要求5所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：斜齿轮副啮合效率计算模型具体为：
9.根据权利要求8所述基于动态载荷和摩擦系数迭代耦合的斜齿轮啮合效率计算方法，其特征在于：所述t时刻齿轮啮合接触线长度l(t)计算公式为：
