[发明专利]一种考虑失效模式相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法

说明书

本发明公开了一种考虑失效模式相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法，属于齿轮可靠性研究技术领域。本发明将车辆重载齿轮的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度的正态均值和方差表示为齿面硬度的函数，以此构建齿根弯曲疲劳强度与齿面接触疲劳强度的联合概率分布函数，并结合应力‑强度干涉模型，得到了考虑失效模式相关性的车辆重载齿轮的可靠度函数，进一步进行车辆重载齿轮可靠性预计。由于考虑了车辆重载齿轮齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳两种失效模式间的相关性，因此该方法弥补了目前车辆重载齿轮可靠性预计不能考虑失效模式间的相关性的缺点，可靠性预计结果的可信度较高。

技术领域

本发明涉及齿轮可靠性研究技术领域，特别是涉及一种考虑失效模式相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法。

背景技术

车辆重载齿轮是车辆传动系统的重要零件，一般采用渐开线圆柱齿轮。车辆重载齿轮承受的循环载荷较大，导致工作过程中的齿根弯曲疲劳应力和齿面接触疲劳应力很大。另一方面，由于车辆传动系统的空间位置、尺寸和重量受到较多因素制约，重载齿轮的强度设计余量往往较小。因此，针对齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳两种失效模式进行重载齿轮可靠性预计，是车辆传动系统设计的重要工作。

目前对车辆重载齿轮进行可靠性预计时，参照GB3480-1997“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”，具体方案概括如下：

(1)根据齿轮材料、尺寸、齿根表面粗糙度、使用条件等因素确定齿根弯曲疲劳强度的正态分布形式；

(2)根据齿轮材料、热处理状态、硬化层深度、齿面粗糙度等因素确定齿面接触疲劳强度的正态分布形式；

(3)根据齿轮承受的名义切向力、使用条件、几何特征等因素分别确定齿根弯曲疲劳应力和齿面接触疲劳应力的正态分布形式；

(4)按照应力——强度干涉模型分别预计齿轮齿根弯曲疲劳失效模式和齿面接触疲劳失效模式对应的可靠度；

(5)认为齿根弯曲疲劳失效和齿面接触疲劳失效之间相互独立，采用串联方式预计两种失效模式下车辆重载齿轮的可靠度。

上述方案存在以下缺陷：

对于车辆重载齿轮而言，齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳两种失效模式间并不是相互独立的。首先，齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度与齿轮材料的机械性能和表面状态直接相关，GB3480-1997“渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法”中，将齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度均表示为齿轮材料硬度的线性函数，因此齿轮的齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度之间存在相关性。其次，齿根弯曲疲劳应力和齿面接触疲劳应力是外载荷作用于齿轮 时齿轮不同位置处的不同应力分量，因此齿轮的齿根弯曲疲劳应力和齿面接触疲劳应力之间也存在相关性。目前采用的车辆重载齿轮可靠性预计方法将齿根弯曲疲劳与齿面接触疲劳两种失效模式视为串联关系，未考虑失效模式间的相关性，这不符合车辆重载齿轮可靠性问题的特点，得到的可靠性预计结果偏于保守，可信度较低。按照这种可靠性预计方法进行车辆重载齿轮设计，可能导致车辆传动系统尺寸、重量过大，影响整车空间布置和系统匹配。

因此，如何设计一种能够考虑齿根弯曲疲劳与齿面接触疲劳两种失效模式间相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法，以提高车辆重载齿轮可靠性预计的可信度，成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中的缺陷，提供一种能够考虑齿根弯曲疲劳与齿面接触疲劳两种失效模式间相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法，以提高车辆重载齿轮可靠性预计结果的可信度。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种考虑失效模式相关性的车辆重载齿轮可靠性预计方法，包括以下步骤：