[发明专利]变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性评估方法及装置

说明书

本发明涉及齿轮接触疲劳全寿命评估技术，具体公开了变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性评估方法及装置，包括：基于经验公式和数值模型计算，确定最佳最大接触应力计算方法；结合非线性损伤函数构建变幅载荷下齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型；构建变幅载荷下齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型；根据齿轮萌生+扩展失效模式构建齿轮接触疲劳全寿命评估模型；基于载荷及强度关系，结合所述三种寿命评估模型建立三种寿命状态方程，求解其可靠性指数，可知基于变幅载荷下齿轮接触疲劳全寿命模型的可靠性评估方法精度最高。本发明的优点是可以比较稳定与准确地评估变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性，减少对齿轮材料、结构尺寸、试验量等因素的依赖性。

技术领域

本发明涉及齿轮接触疲劳全寿命评估技术，特别是变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性评估方法及装置。

背景技术

目前齿轮传动有传动效率高、传动比准确、功率范围大等优点，且齿轮是工业产品中不可或缺的零件。齿轮对机械的安全性、可靠性以及经济性起着至关重要的作用。

传动齿轮正向高传动效率、稳定传动比、长寿命以及高可靠性的目标发展。但由于对齿轮接触疲劳失效机理的认识不足、影响齿轮接触疲劳寿命的因素考虑不全面以及齿轮接触疲劳寿命可靠性分析方法不健全的原因，导致目前对齿轮寿命的研究仍是基于经验公式以及齿轮疲劳试验进行评估。

因此，亟需建立一种虑及残余应力和温度等影响，减少对经验公式中齿轮材料、结构尺寸、工艺参数及试验量等因素的依赖性，能准确评估齿轮接触疲劳寿命评估方程以及接触疲劳寿命可靠性评估方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性评估方法及装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：变幅载荷下齿轮接触疲劳寿命可靠性评估方法，包括以下步骤：

S101、基于经验公式计算齿轮最大接触应力；

S102、基于数值计算理论及等效边界条件，建立二维啮合齿轮静态模型和二维啮合齿轮动态模型，分别获得对应的齿轮最大接触应力；

S103、基于所述二维啮合齿轮静态模型和二维啮合齿轮动态模型所得的最大接触应力分别与经验公式所得的最大接触应力进行比较，确定最佳数值计算模型；

S104、基于非线性损伤函数构建变幅载荷下齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命评估模型；

S105、基于Paris公式、裂纹扩展角度、齿轮材料硬度及裂纹尖端应力强度因子，构建变幅载荷下齿轮接触疲劳裂纹扩展寿命评估模型；

S106、根据变幅载荷下齿轮萌生+扩展失效模式构建齿轮接触疲劳全寿命评估模型；

S107、基于载荷及强度关系，结合所述变幅加载下齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命评估模型、齿轮接触疲劳裂纹扩展寿命评估模型和齿轮接触疲劳全寿命评估模型，分别建立以萌生为主的齿轮接触疲劳寿命状态方程、以扩展为主的齿轮接触疲劳寿命状态方程以及齿轮接触疲劳全寿命状态方程；

S108、通过一次二阶矩法对可靠性指数进行求解，对比所述三种状态方程的可靠性指数的差异，明确基于变幅载荷下齿轮接触疲劳全寿命评估模型的可靠性评估方法精度最高。

具体的，所述变幅载荷下齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命评估模型为：

其中N_pre为齿轮接触疲劳萌生寿命，∑n_j为已使用寿命，N_fj为σ_j应力级所对应的疲劳寿命，σ_max为最大应力，σ_rs为表面残余应力，N_fmax为最大应力σ_max所对应的疲劳寿命，σ_j为加载应力，为修正系数。