一種基于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(fā)明涉及一種基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，屬于機械設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法根據(jù)實測載荷譜，經(jīng)過統(tǒng)計分析獲得載荷分布，進而根據(jù)弧齒錐齒輪加載接觸分析獲得齒面應(yīng)力分布，通過應(yīng)力-強度干涉原理建立以齒面接觸失效概率為準則的評價模型，采用某種多維變量優(yōu)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(xiàn)有修形方案相比，本發(fā)明綜合考慮了載荷大小和循環(huán)次數(shù)對齒面修形的影響，將以往名義載荷下的定性評價、考慮單一因素的基于經(jīng)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(yōu)化方法。經(jīng)試驗證明，采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】一種基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械設(shè)計【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法。
【背景技術(shù)】
[0002]齒輪作為動力傳遞的關(guān)鍵件被廣泛用于重載設(shè)備。據(jù)統(tǒng)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(jié)果，必須建立準確的數(shù)字齒面分析模型。
[0003]逆向工程為數(shù)字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(shù)據(jù)點，把這些數(shù)據(jù)點擬合為曲面。但是這種方法僅在實物制造出來之后才能使用。在設(shè)計階段，沒有實物可供測量，因此在設(shè)計階段很難推廣使用。
[0004]虛擬加工是現(xiàn)實加工狀況的完整仿真，其目的是優(yōu)化加工過程，預測加工結(jié)果和指導工藝，關(guān)注點是刀具干涉不干涉，模型方便不方便裝卡和加工，因此刀具和機床需要建立每一個細節(jié)。
[0005]因此，如何提供一種用于微觀接觸分析的高仿數(shù)字齒面的建模方法，以滿足齒面微觀分析對模型連續(xù)、光滑、可導、高精度和低成本的需求成為了亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何提供一種基于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(huán)次數(shù)、又兼顧各級載荷大小，獲得綜合性能較優(yōu)的齒面，最大限度提高齒面承載能力。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于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(nèi)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表示采樣時刻,經(jīng)過統(tǒng)計分析得到扭
矩-頻次載荷譜= /(Ti), J=I, 2?...? G;
[0011]步驟S2:根據(jù)齒輪可靠性計算方法確定弧齒錐齒輪的允許強度S及其變異系數(shù)Cn;
[0012]步驟S3:設(shè)置迭代次數(shù)η為1，給定k組齒面作為初始迭代值；
[0013]步驟S4:令I(lǐng)f} =TlmJ = IX^k,針對k組齒面 ;?…, :η},分別在載荷譜=/?)的作用下，根據(jù)弧齒錐齒輪加載接觸分析獲得齒面應(yīng)力-頻次分布f =f" ( 0 ) , 0 min ^ 0 ^ 0眶，0表示應(yīng)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(yīng)載荷平均值得到的嚙合周期中的齒面最大應(yīng)力；
[0014]步驟S5:通過應(yīng)力-強度干涉原理，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(yōu)劣的評價準則；
[0015]步驟S6:如果迭代次數(shù)η達到預設(shè)最大迭代次數(shù)N，或者有一組齒面失效概率低于預設(shè)值，結(jié)束迭代并進入步驟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^),輸出該齒面并結(jié)束計算。
[0018]優(yōu)選地，所述步驟SI中經(jīng)過統(tǒng)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(qū)間為:
【權(quán)利要求】
1.一種基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面的修形方法，其特征在于， 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(nèi)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表示采樣時刻,經(jīng)過統(tǒng)計分析得到扭矩-頻次載荷譜
2.如權(quán)利要求1所述的基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特征在于，所述步驟SI中經(jīng)過統(tǒng)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(qū)間為:

3.如權(quán)利要求1所述的基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特征在于，步驟S4中，求解齒面在載荷譜/, =/(?,)下的齒面應(yīng)力-頻次分布具體包括: 對應(yīng)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(yīng)力σ j,從而得到齒面應(yīng)力-頻次分布: fj = f' (O j) (3) 式(3)表達的最大應(yīng)力分布為離散分布，采用擬合方法可將其轉(zhuǎn)化為連續(xù)分布，擬合得到的應(yīng)力-頻次分布為: f = f" ( σ ) ⑷。
4.如權(quán)利要求1所述的基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特征在于，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: 采用歸一化處理得到應(yīng)力的概率密度函數(shù)為:
5.如權(quán)利要求1所述的基于實測載荷譜的弧齒錐齒輪修形齒面及修形方法，其特征在于，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(wǎng)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(wǎng)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(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】杜萬里, 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