齿轮接触疲劳全寿命评估方法及装置.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CN106979861A(43)申请公布日2017.07.25(21)申请号201710200764.9(22)申请日2017.03.30(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人李伟邓海龙赵虹桥刘鹏飞(74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限公司11127代理人王涛汤在彦(51)Int.Cl.G01M13/02(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图3页(54)发明名称齿轮接触疲劳全寿命评估方法及装置(57)摘要本发明提供一种基于裂纹萌生-扩展的齿轮接触疲劳全寿命评估方法及装置，该方法包括：根据最大接触应力模型计算齿轮接触面上的最大接触应力；基于数值计算理论及等效边界条件，分别构建齿轮的二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型四个模型，并基于四个模型分别获得对应的齿轮接触面上的最大接触应力；将基于四个模型获得的对应最大接触应力分别与基于最大接触应力模型计算得到的最大接触应力进行比较，确定最佳数值计算模型；构建齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型；确定有效应力强度因子值范围；构建齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型；根据齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型及齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型进行齿轮接触疲劳全寿命评估。CN106979861ACN106979861A权利要求书1/2页1.一种齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，包括：根据最大接触应力模型计算齿轮接触面上的最大接触应力；基于数值计算理论及等效边界条件，分别构建齿轮的二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型，并基于所述二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型分别获得对应的齿轮接触面上的最大接触应力；将基于所述二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型获得的对应最大接触应力分别与基于最大接触应力模型计算得到的最大接触应力进行比较，确定最佳数值计算模型；基于位错-能量法及裂纹尺寸构建齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型；在半球空间内，基于裂纹扩展中的应力分布及滑开型裂纹确定有效应力强度因子值范围；基于Paris方程、裂纹扩展角度、裂纹增量尺寸、齿轮材料硬度及所述有效应力强度因子值范围，构建齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型；根据所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型及所述齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型进行齿轮接触疲劳全寿命评估。2.根据权利要求1所述的齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型为：其中，Ni为接触疲劳萌生寿命，l为椭圆滑移带的半长轴，G为剪切模量，Δτ为剪切应力范围，k为位错摩擦应力，c为裂纹长度，d为晶粒尺寸。3.根据权利要求2所述的齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，还包括：基于所述最佳数值计算模型对所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型的拟合系数及椭圆滑移带的半长轴进行参数修正。4.根据权利要求3所述的齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，还包括：基于渗碳层中残余应力对齿轮接触疲劳萌生寿命的影响，对参数修正后的所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型进行修正；根据所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型及所述齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型进行齿轮接触疲劳全寿命评估，包括：根据所述齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型及修正后的所述齿轮接触疲劳萌生寿命评估模型进行齿轮接触疲劳全寿命评估。5.根据权利要求4所述的齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，还包括：基于刚塑性滑移线理论，结合每次循环载荷作用后最大剪切应力，确定裂纹扩展角度；基于裂纹尖端塑性区域确定所述裂纹增量尺寸。6.根据权利要求2所述的齿轮接触疲劳全寿命评估方法，其特征在于，所述齿轮接触疲劳扩展寿命评估模型为：2CN106979861A权利要求书2/2页其中，Np为齿轮接触疲劳扩展寿命，C和m分别为材料参数，L为裂纹尺寸，xL为裂纹尖端在X轴方向上的坐标，ξ为裂纹扩展增量，τmax为齿轮次表面中最大剪切应力，Hb及HL分别为齿轮整体硬度及局部硬度，a0为裂纹初始长度。7.一种齿轮接触疲劳全寿命评估装置，其特征在于，包括：第一最大接触应力计算单元，用于根据最大接触应力模型计算齿轮接触面上的最大接触应力；第二最大接触应力计算单元，用于基于数值计算理论及等效边界条件，分别构建齿轮的二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型，并基于所述二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型分别获得对应的齿轮接触面上的最大接触应力；最佳数值计算模型确定单元，用于将基于所述二维静态模型、三维静态模型、二维动态模型及三维动态模型获得的对应最大接触应力分别与基于最大接触应力模型计算得到的最大接触应力进行比较，确定最佳数值计算模型