一种考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115795718A(43)申请公布日2023.03.14(21)申请号202211433258.1(22)申请日2022.11.16(71)申请人湖南大学地址410000湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号申请人南京航空航天大学(72)发明人周长江王豪野靳广虎(74)专利代理机构湖南岑信知识产权代理事务所(普通合伙)43275专利代理师刘洋(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/23(2020.01)G06F119/04(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图3页(54)发明名称一种考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，包括如下步骤：1、输入齿轮几何与材料参数，构建齿轮动态有限元接触分析模型；2、划分齿轮接触区域的自适应网格，基于修正的Archard磨损方程，计算不同循环周次下各节点的磨损深度；3、计算磨损后齿面接触区域的节点坐标，分析磨损后齿面节点的应力状态；4、基于Chaboche连续累积损伤模型，计算不同循环次数下齿轮的损伤量；5、计算累积损伤量达到临界损伤值的循环周次，预测齿轮接触疲劳寿命。本发明考虑了磨损后齿面微观形貌与接触应力，使得其更接近于齿轮的实际应力状态，从而对于齿轮的接触疲劳寿命预测更加准确。CN115795718ACN115795718A权利要求书1/2页1.一种考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、构建齿轮有限元接触模型；步骤二、基于ALE自适应网格技术，计算不同循环次数下齿面节点的磨损深度：步骤三、定义载荷块N0，假设同一循环周期内，齿面形貌、接触压力与磨损深度均保持不变，基于齿轮有限元接触模型开展轮齿动态有限元接触分析，计算在N0循环次数后齿面节点坐标，以及自适应网格区域各节点的接触压力、滑移距离与磨损深度，输出齿面各节点的应力应变数据；步骤四、基于Chaboche非线性连续累积损伤模型，结合齿面各节点的应力应变数据，计算不同循环次数下各节点的损伤量D；步骤五、定义齿轮临界损伤值D0＝1，即当齿轮未损伤时，D＝0；疲劳破坏时，D＝D0；将式从D＝0到D＝1积分，计算得到齿轮疲劳寿命Nf。2.如权利要求1所述的考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤一的的具体步骤如下：分别输入主动轮和从动轮的几何参数采用CATIA平台建立齿廓曲线，并通过旋转阵列构建齿轮二维几何模型；将齿轮二维几何模型导入ABAQUS平台，定义齿轮材料属性；对不同齿轮区域分别进行结构化网格划分，网格单元类型选择四节点线性平面应力单元CPS4；将转速与转矩设置在不同的分析步中，构建齿轮有限元接触模型。3.如权利要求2所述的考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述几何参数包括齿数、模数与压力角。4.如权利要求1所述的考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤二的具体步骤如下：基于ALE自适应网格技术，在单个分析步的求解过程中逐步改善网格的质量：定义主动轮与从动轮节点处的自适应网格区域，并设置自适应网格的参数；如式1基于修正的Archard磨损方程，计算不同循环次数下齿面节点的磨损深度：h＝N×k∫pds(1)式中，h为磨损深度，N为循环次数，k为磨损系数，p为齿面接触压力，s为滑移距。5.如权利要求1所述的考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤四的具体步骤如下：基于Chaboche非线性连续累积损伤模型，结合齿面各节点的应力应变数据，计算不同循环次数下各节点的损伤量：式中，D为损伤量；σ为各节点的正应力；τ为各节点的切应力；β和M0为齿轮材料的疲劳特10性参数，可通过疲劳试验测得，取β＝0.75，M0＝1.85×10；α为与载荷、损伤相关的参数，表示为：2CN115795718A权利要求书2/2页式中，当x≤0时，<x>＝0；当x＞0时，<x>＝x；H为与齿轮材料相关参数；σa为各节点的应力幅值；σ‑1为齿轮材料疲劳极限；σb为齿轮材料强度极限。6.如权利要求5所述的考虑齿面磨损的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述步骤五的具体步骤如下：定义齿轮临界损伤值D0＝1，即当齿轮未损伤时，D＝0；疲劳破坏时，D＝D0；将式从D＝0到D＝1积分，即得到齿轮疲劳寿命Nf：疲劳损伤过程是从初始裂纹的不断萌生扩展直到失效的不可逆过程；考虑未发生疲劳破坏的情况，即D<D0，N<Nf时，对式(4)积分得到损伤量为D时的循环次数ND为：结合式(4)和式(5)，得损伤量D为：计算不同损伤量下自适应网格区域各节点的疲劳寿命，当损伤量D＝1时，发生