一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法
2023-06-09 17:59:01
一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，屬於機械設計【技術領域】。該方法根據實測載荷譜，經過統計分析獲得載荷分布，進而根據弧齒錐齒輪加載接觸分析獲得齒面應力分布，通過應力-強度幹涉原理建立以齒面接觸失效概率為準則的評價模型，採用某種多維變量優化方法進行迭代計算，求解失效概率最小的弧齒修形齒面。與現有修形方案相比，本發明綜合考慮了載荷大小和循環次數對齒面修形的影響，將以往名義載荷下的定性評價、考慮單一因素的基於經驗的修形齒面及修形方法，改進到針對實測載荷譜下的定量評價、考慮多因素的修形齒面及迭代優化方法。經試驗證明，採用該方法獲得的修形齒面可有效提高弧齒錐齒輪的可靠性和承載能力。
【專利說明】一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於機械設計【技術領域】，具體涉及一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法。
【背景技術】
[0002]齒輪作為動力傳遞的關鍵件被廣泛用於重載設備。據統計，齒面損壞是齒輪失效的主要形式。齒面微觀分析是研究齒面失效的有效手段。為了得到有價值的分析結果，必須建立準確的數字齒面分析模型。
[0003]逆向工程為數位化精確建模提供了一種方便的方法。該方法通過3D掃描儀器取得實物上的數據點，把這些數據點擬合為曲面。但是這種方法僅在實物製造出來之後才能使用。在設計階段，沒有實物可供測量，因此在設計階段很難推廣使用。
[0004]虛擬加工是現實加工狀況的完整仿真，其目的是優化加工過程，預測加工結果和指導工藝，關注點是刀具幹涉不幹涉，模型方便不方便裝卡和加工，因此刀具和工具機需要建立每一個細節。
[0005]因此，如何提供一種用於微觀接觸分析的高仿數字齒面的建模方法，以滿足齒面微觀分析對模型連續、光滑、可導、高精度和低成本的需求成為了亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0006](一 )要解決的技術問題
[0007]本發明要解決的技術問題是:如何提供一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，以充分考慮載荷循環次數、又兼顧各級載荷大小，獲得綜合性能較優的齒面，最大限度提高齒面承載能力。
[0008]( 二 )技術方案
[0009]為了解決以上技術問題，本發明提供了一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，所述修形方法包括如下步驟:
[0010]步驟S1:以間隔時間t測得弧齒錐齒輪服役周期內的λ個輸入載荷，形成時間-扭矩載荷譜Ti = T (i.t), i = 1，2，…，λ，i.t表示採樣時刻,經過統計分析得到扭
矩-頻次載荷譜= /(Ti), J=I, 2?...? G;
[0011]步驟S2:根據齒輪可靠性計算方法確定弧齒錐齒輪的允許強度S及其變異係數Cn;
[0012]步驟S3:設置迭代次數η為1，給定k組齒面作為初始迭代值；
[0013]步驟S4:令If} =TlmJ = IX^k,針對k組齒面 ;?…, :η},分別在載荷譜=/?)的作用下，根據弧齒錐齒輪加載接觸分析獲得齒面應力-頻次分布f =f" ( 0 ) , 0 min ^ 0 ^ 0眶，0表示應力，0_和σΜχ分別為Oj中的最小、最大值，Oj表示在載荷譜= /(1^，./=H G，的作用下，對應載荷平均值得到的嚙合周期中的齒面最大應力；
[0014]步驟S5:通過應力-強度幹涉原理，分別計算在載荷譜/) ^f(Tj)作用下每組齒
面的失效概率P1, P2,…，Pk,以失效概率作為齒面優劣的評價準則；
[0015]步驟S6:如果迭代次數η達到預設最大迭代次數N，或者有一組齒面失效概率低於預設值，結束迭代並進入步驟S8 ;否則進入步驟S7 ；
[0016]步驟S7:從k組齒面, rf >rf}中，得到滿足凸性要求的新的k組齒面
;將η力卩1，返回步驟S4 ；
[0017]步驟58:從1^且齒面「|<'「:^，...，廠^中，找出失效概率最小的齒面1^),輸出該齒面並結束計算。
[0018]優選地，所述步驟SI中經過統計分析得到扭矩-頻次載荷譜具體包括:
[0019]從時間-扭矩載荷譜Ti = T(1.t)中找出其中的最大載荷Tmax，最小載荷Tmin，將載荷從小到大平均分為G個等級，得到第j個等級的載荷區間為:
【權利要求】
1.一種基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，其特徵在於， 所述修形方法包括如下步驟: 步驟S1:以間隔時間t測得弧齒錐齒輪服役周期內的λ個輸入載荷，形成時間-扭矩載荷譜Ti = T (1.t), i = 1，2，…，λ，1.t表示採樣時刻,經過統計分析得到扭矩-頻次載荷譜
2.如權利要求1所述的基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特徵在於，所述步驟SI中經過統計分析得到扭矩-頻次載荷譜具體包括: 從時間-扭矩載荷譜Ti = T(1.t)中找出其中的最大載荷Tmax，最小載荷Tmin，將載荷從小到大平均分為G個等級，得到第j個等級的載荷區間為:
3.如權利要求1所述的基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特徵在於，步驟S4中，求解齒面在載荷譜/, =/(?,)下的齒面應力-頻次分布具體包括: 對應載荷平均值5，通過弧齒錐齒輪加載接觸分析得到嚙合周期中齒面最大應力σ j,從而得到齒面應力-頻次分布: fj = f' (O j) (3) 式(3)表達的最大應力分布為離散分布，採用擬合方法可將其轉化為連續分布，擬合得到的應力-頻次分布為: f = f" ( σ ) ⑷。
4.如權利要求1所述的基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特徵在於，所述步驟S5中，求解齒面在載荷譜f, =/(5)下的失效概率具體包括: 採用歸一化處理得到應力的概率密度函數為:
5.如權利要求1所述的基於實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特徵在於，所述步驟S7中，所述凸性要求是指齒面滿足如下約束: (a)齒面mXq個網格點法向量偏移量表示為ru,其中u= 1，2，".,m,按照齒根到齒頂順序增大= 1，2，…，q，按照齒面大端到小端順序增大； (b)記ra，b為網格中心點法向量偏移量,則有:1
【文檔編號】G06F19/00GK104021303SQ201410274581
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月19日 優先權日:2014年6月19日
【發明者】杜萬裡, 張祖智, 劉越, 郭婷, 馬貴葉, 戈紅霞 申請人:中國北方車輛研究所