考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法.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CN108318244A(43)申请公布日2018.07.24(21)申请号201810061870.8(22)申请日2018.01.23(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙坪坝沙正街174号(72)发明人刘怀举王炜朱才朝(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.G01M13/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法(57)摘要本发明公开了一种考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳失效风险评估方法，步骤如下：1、使用ABAQUS平台建立该二维接触模型；2、测试齿轮样本的残余应力的分布曲线和硬度的分布曲线；3、根据齿轮样本的硬度曲线和硬度与屈服强度的线性关系，得出齿轮局部屈服强度沿深度方向的分布曲线；4、使用Python编程语言结合材料局部屈服强度分布曲线和残余应力分布曲线，为有限元模型添加材料属性和初始残余应力值；5、使用DangVan多轴应力准则，计算齿轮次表面的等效应力；6、计算得到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：在考虑残余应力的条件下评估渗碳硬化齿轮接触疲劳风险，降低由硬化齿轮接触疲劳失效导致的生产效益的损失。CN108318244ACN108318244A权利要求书1/2页1.考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、对齿轮副在接触点的接触状态进行简化，计算二维接触模型的参数，同时，使用ABAQUS平台建立该二维接触模型；步骤2、使用实验方法测试，得到齿轮样本的残余应力沿深度方向的分布曲线和硬度沿深度方向的分布曲线；步骤3、根据齿轮样本的硬度曲线和硬度与屈服强度的线性关系，得出齿轮局部屈服强度沿深度方向的分布曲线；步骤4、使用Python编程语言结合材料局部屈服强度分布曲线和残余应力分布曲线，为二维接触模型添加材料属性和初始残余应力值；步骤5、使用DangVan多轴应力准则，结合齿轮样本的材料，计算齿轮次表面的等效应力；步骤6、使用考虑了残余应力状态下计算得到的DangVan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。2.根据权利要求1所述的考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，在步骤1中，所述的二维接触模型参数的计算方法为：r＝r1r2/(r1+r2)式中，r1，r2为两齿轮接触位置的曲率半径，r为综合曲率半径，E1，E2为两齿轮的弹性模量，E为等效弹性模量，υ1，υ2为两齿轮的泊松比。3.根据权利要求2所述的考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，在步骤2中，所述的硬度与屈服强度的线性关系为：σYs(y)＝-90.7+2.876HV(y)式中，σYs(y)为局部屈服强度，HV为沿深度y分布的维氏硬度值，y代表深度。4.根据权利要求3所述的考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，在步骤4中，所述的为二维接触模型添加材料属性和残余应力的方法为：使用Python编程语言对二维接触模型中的柔性平面进行分层，通过程序为每一层添加不同的屈服强度和残余应力。5.根据权利要求4所述的考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，在步骤5中，所述的次表面的DangVan等效应力为：τmax(θ,t)+ασh(t)＝σequi,DangVan式中α是材料参数，τ-1是扭转疲劳极限，σ-1是弯曲疲劳极限，θ代表剪应力幅值达到最大值的平面与滚动方向之间的夹角，τmax(θ,t)为最大剪应力幅值，σh(t)为水静应力，σequi,DangVan是DangVan多轴等效应力。6.根据权利要求5所述的考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法，其特征是，在步骤6中，所述的疲劳失效风险值为：2CN108318244A权利要求书2/2页式中Arcf(y)为疲劳失效风险值，σequi,DangVan(y)为DangVan多轴等效应力，σYs(y)为材料局部屈服强度。3CN108318244A说明书1/6页考虑残余应力的渗碳硬化齿轮接触疲劳风险评估方法技术领域[0001]本发明属于机械零部件疲劳失效风险的评估方法，具体涉及一种在考虑残余应力的条件下的评估以渗碳淬火为代表的表面硬化齿轮副接触疲劳失效风险评估的方法。背景技术[0002]以渗碳淬火为典型代表的表面硬化工艺广泛应用在风电、舰船、高铁等重载齿轮上。然而随着机械装备对齿轮传动功率密度要求的不断提高，表面硬化齿轮依旧会发生接触疲劳失效，影响装备可靠性。渗碳硬化齿轮的疲劳失效风险的影响因素众多，如材料的力学性能梯度，残余应力，以及接触过程