[发明专利]一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法

说明书

本发明提供一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，包括，步骤一、齿轮系统公差退化建模，对齿轮系统的设计要求和工艺路线进行分析，确定各敏感公差参数的加工特征、分布特征与成本特征及随时间的退化规律；步骤二、确定齿轮系统广义应力模型；步骤三、确定齿轮系统强度退化模型；步骤四、计算动态可靠度；步骤五、公差优化模型建立以及步骤六、最佳公差确定。本发明将动态可靠度引入到齿轮系统公差优化领域中，改变了传统的以总质量损失为目标的优化模型，能够更加科学客观的评价齿轮系统的工作能力。

技术领域

本发明属于齿轮系统公差优化设计领域，具体地涉及一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化方法。

背景技术

公差优化一般指通过历史信息和工程经验，在现有基础上对产品的公差进行修改，以满足各种用户需求。准确的进行公差优化，在设计方案的改进、可行性分析、寿命周期成本估计、维修保障计划安排等方面有着非常重要的作用。

传统的齿轮公差优化方法是质量损失函数法，以总质量损失最小为目标进行优化设计。该方法根据齿轮各公差参数的波动对产品质量特性影响的大小，从经济性角度考虑有无必要对影响大的公差参数给予较小的公差，例如齿轮中心距对应力影响较大，就减小中心距的公差来提高质量。质量损失函数就是用来衡量这些质量特性受影响的程度。将齿轮各公差参数的质量损失与制造成本相加即可得到总质量损失。之后采用各种优化计算方法求出最优公差组合使总质量损失最小，这样就保证了齿轮系统在制造和使用过程中所花费的费用最小。但是，传统的质量损失函数法并没有考虑全寿命周期内公差参数的退化、齿轮系统性能可靠度的退化影响和各生产装配公差对性能可靠度的协同作用。

基于该现状，本发明将动态可靠度引入到齿轮系统公差设计优化中，建立了以齿轮系统在全寿命周期内动态可靠度为优化目标的公差优化方法，考虑了在齿轮系统使用过程中由加工、装配产生的公差参数的退化过程以及其对性能可靠度的协同作用，能够模拟产品在使用过程中的性能可靠度变化趋势，并使得优化后的齿轮系统在全寿命周期内都具有良好的工作能力。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化方法。

具体地，本发明提供一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其具体步骤如下：

步骤一：齿轮系统公差退化建模：

根据齿轮系统的设计要求和工艺路线，对齿轮系统的公差参数进行分析，确定影响齿轮性能可靠度的敏感公差参数及齿轮的加工特征、分布特征与成本特征，根据齿轮系统全寿命周期的载荷特征，确定各公差参数随时间的退化规律；

步骤二：建立齿轮系统广义应力模型：

根据齿轮系统工作特征，使用仿真方法确定齿轮在一个工作循环内的最大应力，对敏感公差参数进行抽样，确定敏感公差参数集，并计算每个敏感公差参数的最大应力，建立齿轮敏感公差参数与最大应力之间的函数关系式，得到齿轮公差参数广义应力模型；

步骤三：建立齿轮系统强度退化模型：

根据齿轮的材料、加工特征与工艺特征，得到齿轮系统强度退化模型；

步骤四：动态可靠度计算：

根据步骤二得到的齿轮系统广义应力模型和步骤三得到的齿轮系统强度退化模型计算出齿轮系统在各时刻的最大应力和剩余强度值，判断是否失效，并对敏感公差参数进行抽样，针对每个特定时刻，计算齿轮系统的性能可靠度，从而得到齿轮系统每个时刻的性能可靠度，即动态可靠度；

步骤五：建立齿轮公差优化模型：

以齿轮系统的动态可靠度作为优化目标，齿轮的成本以及加工能力作为约束构建齿轮公差优化模型；

步骤六：确定齿轮系统的最佳公差参数组合：