齿轮副的时变啮合刚度(Time-varying meshing stiffness,TVMS)是机械动力学分析中一个极为重要的参数,其准确程度直接影响着动力学分析结果的准确性。首先,从理论角度推导了剪切刚度的计算公式,并在案例分析中应用,将求得结果与有限元分析结果进行对比,结果显示相差较小;然后,建立了一种新的裂纹故障模型——轮齿双侧非对称裂纹模型;在基于精确全齿廓的能量法基础上,推导了轮齿双侧裂纹模型的时变啮合刚度计算公式,分析了裂纹形状参数对时变刚度的影响;最后,通过有限元法(Finite element method,FEM)进行了分析验证。结果表明,有限元法和能量法计算的结果基本一致。

当齿轮产生点蚀故障时,其时变啮合刚度变化导致的振动响应特征是实现点蚀故障诊断的重要依据,而准确的齿轮几何模型对于齿轮时变啮合刚度的计算精度具有重大意义。推导了内、外啮合齿轮的齿廓方程,提出了基于全齿廓的行星齿轮点蚀故障时变啮合刚度计算模型,有效解决了简化模型中需要齿数判断和精度较差的问题,提高了行星齿轮时变啮合刚度计算精度,为行星齿轮点蚀故障的动力学建模、故障机理分析及疲劳寿命分析奠定了理论基础。