[發明專利]基于疲勞試驗與仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法

有效

• 申請號: 202110344552.4
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113155651B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李旭;張眸青;曹雷;馬輝;司水山;李響;韓月嬌;張殿華
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01M13/021;G06F30/23
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

1.一種基于疲勞試驗與仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，包括：

步驟1：對預制初始齒根裂紋的直齒輪進行疲勞試驗，得到裂紋實際擴展路徑的數據點集G1；

步驟2：根據直齒輪的齒輪幾何參數以及初始齒根裂紋參數，利用有限元分析軟件建立直齒輪的有限元模型；

步驟3：在有限元模型中對齒根裂紋擴展區域進行三角形單元網格的劃分；

步驟4：對有限元模型設置仿真條件，并驗證仿真條件的有效性，包括：

步驟4.1：施加載荷，將載荷施加在主動直齒輪的單齒嚙合最高點A處，方向垂直于A點的齒廓；

步驟4.2：邊界條件設定為內齒圈、邊界固定，加載方式設置為靜態加載，不考慮齒輪嚙合過程中的載荷幅值與方向變化；

步驟4.3：通過應力求解分析驗證仿真條件的有效性，當仿真條件有效時，輸出設置有仿真條件的有限元模型，當仿真條件無效時，重新設置仿真條件，所述仿真條件包括施加的載荷、設定的邊界條件；

步驟5：利用斷裂分析軟件，對設置有仿真條件的有限元模型進行齒根裂紋的擴展模擬，得到裂紋模擬擴展路徑的數據點集G2；

步驟6：利用最小二乘法，根據數據點集G1擬合得到裂紋實際擴展路徑的擬合曲線L1，根據數據點集G2擬合得到裂紋模擬擴展路徑的擬合曲線L2；

步驟7：在曲線L1、L2上等間距各獲取N個數據點，根據2N個數據點計算相關系數R，考慮到疲勞試驗時存在裝配誤差和齒輪加工誤差，如果滿足0R1，則認為這兩條曲線線性相關，且R越接近1，表示這兩條曲線的線性相關關系越強，即表明通過疲勞試驗和通過仿真得到的直齒輪齒根裂紋擴展路徑是相吻合的，否則需要重新進行疲勞試驗、仿真獲取裂紋擴展路徑。

2.根據權利要求1所述的一種基于疲勞試驗與仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，所述步驟5包括：

步驟5.1：將設置有仿真條件的有限元模型導入裂紋分析軟件中，并確定齒根裂紋擴展區域所在的子模型；

步驟5.2：設置初始裂紋，裂紋類型選擇為普通角裂紋；

步驟5.3：通過裂紋自動擴展仿真，得到裂紋擴展的路徑、方向。

3.根據權利要求1所述的一種基于疲勞試驗與仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，所述有限元分析軟件為ANSYS軟件，所述斷裂分析軟件為FRANC3D軟件。

4.根據權利要求1所述的一種基于疲勞試驗與仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，所述步驟7中比較兩條曲線是否具有較強的線性相關關系時，還可以通過計算兩條曲線的平均誤差χ、峰值誤差η、均方誤差σ²，如果滿足或或則認為這兩條曲線具有較強的線性相關關系，其中表示平均誤差的設定閾值，表示峰值誤差的設定閾值，表示均方誤差的設定閾值。