(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111407474.4 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 大连理工大 学 地址 116024 辽宁省大连市甘井 子区凌工 路２ 号 (72)发明人 孙伟　马浩然　孙清超　宣立特　 赵英杰　 (74)专利代理 机构 辽宁鸿文知识产权代理有限 公司 21102 代理人 苗青 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种大型掘进机驱动齿轮组有限元模型的 网格划分方法 (57)摘要 本发明属于大型掘进机主轴承多参数优化 与可靠性设计领域， 提出了一种大型掘进机驱动 齿轮组有限元模 型的网格划分方法。 本发明在进 行网格划分时， 充分考虑了齿轮轮齿的几何特 征， 采用复制轮齿轮廓线对轮齿表 面进行网格划 分区域切分的方法， 有效提高了有限元模型的几 何还原度； 解决了现有齿轮网格划分方法网格数 量与网格质量不能兼得的弊病， 确保了有限元仿 真分析的精确性； 灵活地调整网格单元类型、 网 格单元大小、 网格单元层数、 小齿轮加密网格划 分轮齿个数、 大齿圈加密网格划分轮齿个数、 大 齿圈轮齿保留个数等条件， 以满足不同类型有限 元仿真分析要求且具有较强的通用性。 权利要求书2页 说明书8页 附图6页 CN 114239159 A 2022.03.25 CN 114239159 A 1.一种大型掘进机驱动齿轮组有限元模型的网格划分方法， 其特征在于， 包括步骤如 下： S1： 建立大 型掘进机驱动齿轮组有限元模型； 大型掘进机驱动齿轮组包括驱动小 齿轮和大齿圈， 二 者模数、 压力角和齿宽相同； S2： 对驱动小齿轮中与大齿圈接触受力的轮齿进行加密网格划分， 加密网格大小设置 为Nmm、 层数设置为M层； 以驱动小齿轮齿根圆角顶点至圆心的距离为半径作圆形切割 线， 将驱动小齿轮的轮齿 与轮毂切分为两部分； 选定轮齿齿顶处齿宽2(M+1)Nmm处作为网格划分边界， 对轮齿部 分进 行切割， 切割后的轮齿部 分进行映射四边形网格划分， 以满足加密网格层数需求、 并以能够 为非重要区域网格稀疏处理留出过渡网格的网格层为起始网格层， 以该起始网格层底部边 界线为切割线， 将轮齿表面切分为两部分， 该切割线为驱动小齿轮加密 网格划分起始轮廓 线； 复制两侧轮齿边缘轮廓线， 向轮齿中部平移N*Mmm， 平移后的轮齿轮廓线被起始轮廓线 分为两部 分， 靠近轮毂部 分的轮齿轮廓线作为平 面切割线a， 与起始轮廓线共同作用将 轮齿 表面切分为A、 B、 C、 D四部分， 其中A、 B、 C部分为接触轮齿受力区域， D部分为接触轮齿受力分 析非重要区域； 采用Nmm大小四边形映射网格， 分别对A、 B、 C三部分进行加密网格划分； 对D部分进行稀 疏网格划分； 以B、 C部分 的网格节点为参照点， 对D部分划分多个网格过渡区； D部分网格过 渡区中径向网格数量与B、 C 部分网格数量相同， 横向网格数量随层数 下移依次递增过渡； 轮齿两侧齿槽 中点分别与驱动小齿轮圆心连接作两侧切割 线， 将进行网格划分的轮毂 切分出来； 以驱动小齿轮齿根圆角轮廓线的圆心 为中心， 放大齿根圆角轮廓线作为切割线， 将驱动小 齿轮表面进行切分， 放大齿根圆角轮廓线与原齿根圆角轮廓线间距离为 N*Mmm； 选择D区域底层网格节点作为轮齿左右过渡圆角区域边界点， 边界点的选取需覆盖放 大的齿轮过渡圆角轮廓线区域， 并预留出过渡网格划分区域； 测 量轮齿齿根过渡圆角顶点 至边界点距离为固定长度， 分别以轮齿左右齿槽中点为基准点， 以固定长度为距离， 在两侧 切割线上分别插入1个节点， 将插入的2个节点分别与轮齿对应侧的过渡圆角区域边界点相 连接， 作为平面切割线b； 以轮毂圆心至插入节点的距离为半径作圆平面切割线， 将驱动小 齿轮的轮毂切分为E、 F、 G、 H、 L、 M六部分； 采用Nmm大小四边形映射网格， 分别对E、 H两个接触轮齿受力部分进行加密网格划分； F、 G部分网格划分的横向网格数量与齿根圆角部 分网格数量相同； L部 分网格划分的纵向网 格单元数量与齿根圆角部分网格数量相同； 对M 部分进行稀疏网格划分； 复制完成划分的轮齿网格， 将其分别向左右旋转m度， n为轮齿个数； S3： 驱动小 齿轮中未与大齿圈接触受力的轮齿过渡与稀疏处 理网格划分； 首先完成加密网格处理 的接触轮齿与左右两侧非接触轮齿过渡 网格的划分， 接触轮齿 两侧相邻非接触轮齿过渡网格划分方法相同； 以放大齿根圆角轮廓线作为面切割线， 将轮 齿过渡圆角区域单独切分出来； 将轮齿过渡圆角区域进行等距切分； 在轮齿与轮毂 的分割 线上插入一个中点， 将L部分底部边界线两个顶点与插入的中点相连接作为平面切割线c； 在L部分底部等距插入若干节点， 插入节点以L部分底部分割线中点为界限， 左右两侧节点权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114239159 A 2分别向左右两侧的平面切割线c作垂线为平面切割线d； 相邻非接触轮齿齿轮部分采用四边形映射网格对轮齿部分进行划分， 与接触轮齿加密 网格相邻处采用过渡网格划分， 过渡网格外圈区域以过渡网格数量进行划分， 中间区域自 动生成网格单 元； 不相邻非接触轮齿采用四边形映射网格划分， 网格划分方法与相邻非接触轮齿 网格划 分方法相同， 仅省略过渡圆角区域的过渡网格划分步骤， 复制划分好的网格， 完成齿轮表 面 网格划分； 由面网格拉伸生成3D网格； S4： 大齿圈的加密与稀疏网格划分； 参照大齿圈外侧形状的差异性， 将其在径向切分为外侧形状相等的若干部分， 以大齿 圈圆心至大齿圈齿根顶点的距离为半径作切割线， 切分大齿圈轮齿与外圈； 将切分后的各 部分的外侧边界线在大齿圈径向面积最大的表面进行映射， 并作为平面切割线切割大齿圈 表面； 大齿圈中与驱动小齿轮相接触的两个轮齿做加密网格划分， 轮齿接触部分的网格单元 大小设置为Nmm， 加密网格层数为M层； 复制接触轮齿两侧轮廓线向轮齿中部平移N*Mmm， 以 平移后的轮齿轮廓线与第一区域的交点向第一区域底部分界线作垂线， 并作为面分割线； 相邻接触轮齿两侧的非接触轮齿齿根底部顶点向第一区域底部边界线作垂线， 并作为面切 割线； 第一区域切分为2层， 在 齿槽部分及轮齿轮廓线平移区域所对应第一区域的第二层做 网格过渡区切分； 轮齿中部为稀疏网格区域， 齿槽及轮齿轮廓线平移区域为加密网格区域； 采用Nmm大小四边形映射网格对轮齿接触部分两侧进行加密网格划分； 稀疏网格区域纵向 单元个数与两侧加密网格区域相同； 确定齿槽及轮齿轮廓线平移区对应的网格过渡区的过 渡网格形式， 进行 过渡网格划分； 非接触轮齿采用四边形映射网格划分， 与接触轮齿相连部分采用过渡网格划分； 与接 触轮齿不相邻的非接触轮齿网格， 省略过渡网格划分步骤， 其余与相邻接触轮齿的非接触 轮齿网格划分方法相同； 大齿圈外侧网格分别完成过渡网格划分； 以主轴承内圈形状， 分别将第一、 第二、 第三区域网格向两侧拉伸； S5： 检查与修改网格划分错 误； 检查并修复驱动小齿轮和大齿 圈网格节点重合及网格重复问题， 完成整个网格划分过 程。 2.根据权利要求1所述的大型掘进机驱动齿轮组有限元模型的网格划分方法， 其特征 在于， 所述过渡网格划分方法包括四合一过渡网格划分、 五合一过渡网格划分和四合二过 渡网格划分。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114239159 A 3