[发明专利]一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法

权利要求书

1.一种螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对实际螺旋锥齿轮喷丸强化进行仿真计算，使用软件建立螺旋锥齿轮喷丸离散元模型，模拟弹丸从喷丸机的喷嘴口到螺旋锥齿轮的齿面的过程；

S2.导出离散元计算结果；

S3.使用软件建立螺旋锥齿轮喷丸有限元模型，利用步骤S2导出的计算结果设置有限元模型中的各个参数，采用导入分析方法开展多组弹丸冲击后的靶板表层状态计算；

S4.对有限元计算结果进行提取，建立每一组弹丸冲击后的靶板表面节点z向位移矩阵；

S5.利用节点z向位移矩阵判断每一位置的弹坑覆盖情况，以弹坑覆盖区域内节点与总节点数目的百分比作为覆盖率大小。

2.根据权利要求1所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，步骤S2中，导出的离散元计算结果包括但不限于：弹丸与齿面发生冲击的时间、发生冲击时的弹丸绝对速度、齿面受到弹丸冲击的冲击点坐标、受冲击的齿面单元信息以及齿面单元受到弹丸冲击的总次数。

3.根据权利要求2所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，步骤S3中，建立有限元模型的参数包括但不限于：

弹丸速度，根据步骤S2中的弹丸绝对速度计算得到；

弹丸冲击次数，根据步骤S2中的齿面单元受到弹丸冲击的总次数计算得到；

弹丸中心初始坐标，根据弹丸速度、弹丸直径以及弹丸相继冲击齿面的时间间隔计算得到。

4.根据权利要求3所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，将步骤S2中的弹丸绝对速度V_m转换为弹丸与齿轮的相对冲击速度矢量v_m，计算方法为：

在大地坐标系中，新坐标系x、y、z轴的单位向量被表示为(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)，则V_m与v_m的关系表示为：

之后以螺旋锥齿轮齿面节锥线上四等分点位置为研究对象，将该区域内全部弹丸与齿轮的相对冲击速度矢量，记为V＝[v₁，v₂，…，v_m]；

最后在V中随机选择作为有限元模型中的弹丸速度。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，步骤S3中，测量未喷丸时螺旋锥齿轮轮齿表层残余应力，将测得的残余应力数据作为靶板预应力场，建立考虑初始残余应力的有限元模型。

6.根据权利要求5所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，在步骤S3中，对有限元模型靶板进行网格划分，设置中心区域网格尺寸为10μm×10μm，并在靶板四周及其底部添加厚度为0.1mm的无限单元体区域，以消除应力波在靶板边界的反射。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的螺旋锥齿轮喷丸强化覆盖率预测方法，其特征在于，步骤S4中，将第k组弹丸冲击后的靶板代表性区域内的所有表面节点z向位移坐标矩阵记为U_m(k)，其中，当k＝1时，该组弹丸冲击产生的节点z向位移矩阵U_m＝U_m(k)，当k＞1时，该组弹丸冲击产生的节点z向位移矩阵U_m＝U_m(k)-U_m(k-1)。