[发明专利]渗碳硬化齿轮弹塑性接触疲劳点蚀与剥落风险预测方法

说明书

本发明公开了渗碳硬化齿轮弹塑性接触疲劳点蚀与剥落风险预测方法，它包括以下步骤：1、根据齿轮材料的硬度曲线以及硬度与屈服强度的线性关系，得出齿轮局部屈服强度；2、依据齿轮副的几何参数，将啮合位置的接触状态简化为刚性半圆与柔性体二维接触模型，同时基于ABAQUS平台建立该二维接触模型；3、基于Python编程语言和材料局部屈服强度，为二维接触模型添加材料属性；4、结合齿轮工作工况，计算齿面以下的Dang Van等效应力；5、以Dang Van等效应力除以齿轮局部材料屈服强度，得出关键接触区域任一点处的疲劳失效风险值。本发明的技术效果是：预测硬化齿轮弹塑性接触疲劳点蚀与疲劳剥落的风险，对硬化齿轮的设计、使用和制造提供指导作用。

技术领域

本发明属于机械零部件疲劳失效风险的预测方法，具体涉及一种预测以渗碳淬火为代表的表面硬化齿轮副弹塑性接触疲劳点蚀与剥落失效风险的方法。

背景技术

在高速、重载机械中，渗碳硬化齿轮的接触疲劳失效问题已成为限制装备可靠性的重要瓶颈之一，硬化齿轮的接触疲劳失效形式常见的有点蚀和剥落两种，这两种失效问题会带来极大地安全隐患和经济损失，而硬化齿轮的接触疲劳失效影响因素众多，如工况、材料力学特征的梯度、残余应力等，此外齿轮接触过程中伴随时变多轴应力状态，使得目前对于渗碳重载齿轮的接触疲劳机理的认识与控制不够深入，工程实际中对于失效风险的预测存在很大困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种预测表面硬化齿轮弹塑性接触疲劳点蚀与剥落失效风险的方法，它能预测齿轮在弹塑性接触状态下疲劳点蚀和疲劳剥落的失效风险，预测结果在工程实际中具有指导作用，避免因齿轮失效而导致的突发事故、因装置设备停机造成生产效益的损失。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、根据齿轮材料的硬度曲线和硬度与屈服强度的线性关系，计算得到齿轮材料局部屈服强度；

步骤2、依据齿轮副的几何参数，将啮合位置的接触状态简化为二维接触模型，同时基于ABAQUS平台建立该模型；

步骤3、基于Python编程语言和齿轮材料局部屈服强度，为二维接触模型添加材料属性；

步骤4、根据齿轮的材料和Dang Van多轴应力准则，结合齿轮的具体工况，计算齿轮齿面下的Dang Van等效应力；

步骤5、以Dang Van等效应力除以齿轮材料局部屈服强度，得出关键接触区域任一点处的疲劳失效风险值；根据失效风险值在不同区域相对大小和最大值所在的深度位置预测点蚀或剥落失效的风险。

本发明的技术效果是：

解决了机械行业长期存在的技术难题，能在考虑齿轮硬化后材料力学性能梯度变化的条件下，分析齿轮在弹塑性状态下的点蚀和剥落的风险，为齿轮的设计、制造、使用提供依据。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为渗碳硬化齿轮失效风险区分布图；

图2为表面硬化齿轮硬度随浅层深度变化的曲线图；

图3为实施例中齿轮材料局部屈服强度沿深度分布曲线；

图4为齿轮啮合接触状态的简化示意图；

图5为实施例中有限元模型示意图；

图6为实施例中某兆瓦级风电齿轮箱的传动图；

图7为实施例中Dang Van等效应力沿深度分布的曲线；

图8为实施例的齿轮的接触疲劳失效风险值曲线。

具体实施方式