[發(fā)明專利]一種基于缺陷建模的傳動(dòng)齒輪疲勞壽命評(píng)估方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310651309.2
• 申請(qǐng)日: 2013-12-05
• 公開（公告）號(hào): CN103616179A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余清
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣西大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/02
• 分類號(hào): G01M13/02
• 代理公司: 廣西南寧公平專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 45104
• 代理人: 劉小萍

1.一種基于缺陷建模的傳動(dòng)齒輪疲勞壽命評(píng)估方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：

（1）找到齒根的危險(xiǎn)截面：根據(jù)30°切線理論，以過輪齒中心線上的一點(diǎn)，作齒根圓角的切線，兩個(gè)切點(diǎn)直接的連線即為危險(xiǎn)截面；

（2）利用參數(shù)化描述裂紋幾何特征，并引入到危險(xiǎn)截面：采用寬、深、長(zhǎng)三個(gè)參數(shù)描述裂紋幾何特征，然后在齒根危險(xiǎn)截面處進(jìn)行三維裂紋幾何建模；

（3）獲取材料疲勞特性數(shù)據(jù)S-N曲線，有以下兩種方式：

（3.1）有試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持下，通過擬合方法獲得雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下合理的材料S-N曲線：

lgN=a+blgσ???（1）

b=Σi=1nlgσilgNi-1n(Σi=1nlgσi)(Σi=1nlgNi)Σi=1n(lgσi)2-1n(Σi=1nlgσi)2---(2)]]>

a=1nΣi=1nlgNi-bnΣi=1nlgσi---(3)]]>

上式中a、b為實(shí)常數(shù)；n為數(shù)據(jù)點(diǎn)個(gè)數(shù)；σ_i為第i個(gè)疲勞數(shù)據(jù)的疲勞應(yīng)力；N_i為在σ_i應(yīng)力水平下的疲勞壽命；

（3.2）無試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持下，利用S-N曲線估算中最常用的冪函數(shù)公式：

S^mN=C???（4）

上式中m和C都是一個(gè)常數(shù)，對(duì)公式（4）兩邊取對(duì)數(shù)得到：

lgS=A+BlgN???（5）

A=lgC/m???（6）

B=-1/m；???（7）

這種估算方法估算得到的S-N曲線僅在10³-10⁶區(qū)間內(nèi)使用，其估計(jì)方法為分別估算在10³次和10⁶次時(shí)的疲勞應(yīng)力，連接這兩點(diǎn)間的直線就是估算的S-N曲線。

（4）裂紋尖端應(yīng)力譜的獲得與修正：通過有限元方法獲得工況條件下齒根裂紋尖端的應(yīng)力譜，并根據(jù)材料疲勞特性數(shù)據(jù)獲取的應(yīng)力條件進(jìn)行修正：

(S_a/S_a(R=-1))+(S_m/S_u)=1???（8）

上式中S_a為實(shí)際應(yīng)力類型下的應(yīng)力幅；S_m為實(shí)際應(yīng)力類型下的平均應(yīng)力；S_a(R=-1)代表材料疲勞特性數(shù)據(jù)獲取條件下應(yīng)力比R=-1時(shí)的應(yīng)力幅；S_u為材料極限強(qiáng)度；以一個(gè)工作周期為計(jì)算單位，將工作周期的循環(huán)數(shù)根據(jù)實(shí)際工況分配給每個(gè)應(yīng)力，計(jì)算得到實(shí)際工況應(yīng)力譜。

（5）根據(jù)材料S-N曲線以及應(yīng)力譜，結(jié)合疲勞損傷累積理論，計(jì)算帶缺陷齒輪疲勞壽命：

每個(gè)載荷循環(huán)的損傷量表達(dá)為

D=1N---(9)]]>

上式中D為一個(gè)載荷循環(huán)造成的損傷量；N表示當(dāng)前應(yīng)力（S）下，材料或零部件的總疲勞壽命；在變幅載荷情況下，以一個(gè)工作周期為計(jì)算單位，計(jì)算總體損傷量：

D=Σi=1n1Ni---(10)]]>

N_i表示在應(yīng)力水平為S_i時(shí)材料或零部件的疲勞壽命；

將計(jì)算獲得的損傷量D進(jìn)行倒數(shù)運(yùn)算，得到就是構(gòu)件可以使用的工作周期數(shù)，也就是疲勞壽命。