[发明专利]考虑晶体微结构力学的齿轮接触疲劳分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑晶体微结构力学的齿轮接触疲劳分析方法，包括以下步骤：1、通过使用齿轮副在节点处的几何参数，使用ABAQUS平台建立二维平面应变有限元模型；2、使用显微镜观察出齿轮材料不同深度位置的晶粒度图像；3、使用MATLAB软件生成晶体微结构尺寸沿深度梯度分布的晶体微结构分布图，同时将晶体微结构分布添加到步骤1的二维平面应变有限元模型中；4、使用Fatemi‑Socie多轴疲劳准则计算某一载荷条件下的疲劳损伤，得出关键接触区域任一点处的疲劳损伤值。本发明的技术效果是：能够解决在考虑晶体微结构力学的条件下的齿轮接触疲劳失效问题，降低由齿轮接触疲劳失效导致的生产效益的损失。

技术领域

本发明属于机械零部件接触疲劳失效的分析方法，具体涉及一种考虑晶体微结构力学的齿轮副接触疲劳分析方法。

背景技术

接触疲劳失效是机械零部件的一种典型失效形式，接触疲劳失效问题已经成为限制齿轮驱动机械得装备可靠性、人机安全和经济效益的主要因素。齿轮的接触疲劳问题已经在很多方面被广泛的研究，如工况因素、材料因素。但现有的研究仍然停留在宏观层面，对于普遍认为重要的微观晶体微结构了解较少，导致了工程实际中的齿轮接触疲劳分析仍然存在很大困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑晶体微结构力学的齿轮接触疲劳分析方法，它能分析齿轮在考虑晶体微结构力学的条件下的接触疲劳失效问题，有助于建立微观晶体微结构与齿轮接触疲劳失效的联系，所获得的分析结果在工程实际中，对齿轮的抗接触疲劳失效设计有指导作用，减少齿轮接触疲劳失效引起的事故和经济损失。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、通过使用齿轮副在节点处的几何参数，使用ABAQUS平台建立二维平面应变有限元模型；

步骤2、使用显微镜观察出齿轮材料的晶粒度图像，确定晶体微结构在不同深度位置的尺寸大小；

步骤3、使用MATLAB软件生成晶体微结构尺寸沿深度梯度分布的晶体微结构分布图，同时将晶体微结构分布添加到二维平面应变有限元模型中；

步骤4、使用Fatemi-Socie多轴疲劳准则计算某一载荷条件下的疲劳损伤，得出关键接触区域任一点处的疲劳损伤值，通过最大疲劳损伤值，判断齿轮接触疲劳失效位置。

本发明的技术效果是：

在考虑晶体微结构力学的条件下分析齿轮的接触疲劳失效问题，为齿轮的抗接触疲劳制造提供理论支撑，减少工程实际中由齿轮接触疲劳失效带来的事故和经济损失。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为齿轮啮合接触状态的简化示意图；

图2为实施例中显微镜观测的不同深度下的齿轮材料晶粒度图像；

图3为实施例中生成的晶体微结构分布图；

图4为添加了晶体微结构的二维平面应变有限元模型；

图5为实施例中的二维平面应变有限元模型边界条件和加载示意图；

图6为实施例中某兆瓦级风电齿轮箱的传动系统图；

图7为实施例中的齿轮材料的接触疲劳损伤值分布图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本发明包括以下步骤：