复合材料与钢混合齿轮啮合刚度计算方法研究及影响分析

李乐天，李政民卿，王军领，于晓峰，曹阳（南京航空航天大学 机电学院）

摘要：【目的】复合材料混合齿轮因具有减重和振动噪声控制方面的优势，得到了国内外学者的广泛关注。然而，基于试验分析混合齿轮的啮合特性通常费时、费力。因此，提出一种适用于具有正弦波形腹板的混合齿轮的啮合刚度计算方法。【方法】首先，基于多尺度分析方法，结合细观碳纤维纱线的力学性能、细观结构和宏观结构，对复合材料层合板的力学性能进行预测，得到复合材料的等效工程弹性常数；其次，从能量法的角度，利用有限元法计算基体刚度，并计算了混合齿轮的啮合刚度；最后，对比分析了复合材料铺层角度、腹板形状对齿轮啮合刚度的影响。【结果】结果表明，铺层角度对混合齿轮啮合刚度具有耦合效应；准各向异性铺层不仅有利于降低复合材料的各向异性对齿轮啮合的影响，还可以增大混合齿轮的啮合刚度；腹板波形参数中，正弦幅值和正弦周期数的增加亦有助于增大混合齿轮啮合刚度。

关键词：复合材料；混合齿轮；啮合刚度；分析方法