一种基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110147624A(43)申请公布日2019.08.20(21)申请号201910437441.0(22)申请日2019.05.24(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人刘怀举贾攀朱才朝(74)专利代理机构重庆大学专利中心50201代理人唐开平(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)G06F17/18(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法(57)摘要本发明公开了一种基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，它包括步骤：1、对测量得到的有限的载荷-时间历程进行载荷谱的编制，通过雨流计数法统计的结果，利用参数外推法，对全寿命周期的载荷进行函数拟合，得到全寿命周期二维载荷谱；2、对二维载荷谱转化为一维载荷谱；3、通过有限元的方法模拟得到齿轮的时变的应力应变历程，结合多轴疲劳准则，预测恒载荷下接触疲劳寿命，绘制齿轮接触疲劳S-N曲线；4、运用Palmgmn-Miner疲劳损伤累积准则，计算载荷谱下齿轮的接触疲劳寿命。本发明的优点是：提高了齿轮接触疲劳寿命预测的准确性，节约了试验成本，提高了效率。CN110147624ACN110147624A权利要求书1/2页1.一种基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征是,包括以下步骤：步骤1、对测量得到的有限的载荷-时间历程进行载荷谱的编制，通过雨流计数法统计的结果，利用参数外推法，对全寿命周期的载荷进行函数拟合，得到全寿命周期二维载荷谱；步骤2、用Goodman平均应力修正曲线，对二维载荷谱转化为一维载荷谱，得到用于疲劳寿命预测的程序载荷谱：式中Sa为应力幅值；Sm为应力均值；σb为抗拉强度；σ-1为均值为0时，等效应力幅值；步骤3、通过有限元的方法模拟得到齿轮的时变的应力应变历程，结合多轴疲劳准则，预测恒载荷下接触疲劳寿命，绘制齿轮接触疲劳S-N曲线；步骤4、利用步骤2中得到的程序载荷谱，结合步骤3得到的S-N曲线，运用Palmgmn-Miner疲劳损伤累积准则，计算载荷谱下齿轮的接触疲劳寿命：式中,ni为第i级应力水平下的循环次数；Nfi为第i级应力水平下的疲劳寿命。2.根据权利要求1所述的基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征是，所述步骤1的具体实施过程为：步骤1.1、对载荷-时间历程进行雨流计数处理，去掉小载荷，把载荷分成幅值-均值20×20的雨流矩阵，得到载荷均值、载荷幅值的频次关系；步骤1.2、应用minlab软件中最小二乘法对载荷均值-频次、载荷幅值-频次进行分布估计，选取最佳的拟合曲线，得到载荷均值、载荷幅值概率密度函数分布规律；步骤1.3、载荷幅值和载荷均值相互独立，得到载荷幅值与载荷均值联合概率密度函数，函数公式：f(xa,xm)＝f(xa)×f(xm)式中，xa载荷幅值；xm载荷均值；利用扩展因子法得到载荷均值、幅值的最大值，其公式：式中，Xm1和H01分别为外推前累积频次谱的最大载荷和最大累积穿越频数；Xm3和H02分别为外推后累积频次谱的最大载荷和最大累积穿越频数；n为载荷谱级数；均值采用等间距划分，幅值采用不等间距划分；然后得到均幅值8×8矩阵，对联合概率密度函数积分乘以全寿命周期循环数N得到二维载荷谱：式中：xaj1，xaj2分别为第j组载荷幅值的上限值和下限值；xmi1，xmi2分别为第i组载荷均值的上限值和下限值；i为载荷均值等级；j为载荷幅值等级。2CN110147624A权利要求书2/2页3.根据权利要求2所述的基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征是，在所述步骤2中，对汽车减速器，Goodman平均应力修正曲线等效为扭矩载荷的修正，其公式为：式中，Ma—扭矩幅值；Mm—扭矩均值；Mb—应力达到抗拉强度时的扭矩值；Meq—扭矩均值为0时，等效扭矩幅值。4.根据权利要求3所述的基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征是，所述步骤3的具体实施过程为：步骤3.1、把得到的精准的齿轮几何模型导入ABAQUS中，小齿轮转动，大齿轮施加扭矩，设置1000增量步，更好地模拟齿轮的啮合过程，得到整个啮合过程的应力集；步骤3.2、把得到整个啮合过程的应力集导入疲劳分析软件fe-safe，设置好材料参数，选用Brown-Miller-Morrow准则，进行疲劳寿命计算，得到啮合齿面上的接触疲劳寿命分布；步骤3.3、分别进行五组载荷计算，得到不同恒载荷接触疲劳寿命，用五组数据进行拟合，得到齿轮的接触疲劳S-N曲线，并拟合成公式。5.根据权利要求4所述的基于载荷谱的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征是，对汽车减速器，齿轮的接触疲劳S-N曲线的拟合公式：lgS＝-