[发明专利]一种考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法

权利要求书

1.一种考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、依据标准GB1040-92塑料拉伸性能试验方法，得到齿轮材料随温度变化的弹性模量、极限拉伸应力和真实塑性应力应变曲线；

步骤2、根据步骤1的齿轮材料试验数据，拟合齿轮材料热弹塑性本构方程参数，该本构方程充分考虑了温度对其力学行为影响；

步骤3、依据标准VDI 2736塑料齿轮齿体温度计算经验公式，定义齿轮运行过程中齿体温度，或者根据试验测试塑料齿轮齿体温度；

步骤4、在ABAQUS平台上建立二维齿轮完全热力耦合接触有限元模型，并根据步骤2的齿轮材料热弹塑性本构方程，编写ABAQUS子程序UMAT定义塑料齿轮材料；

步骤5、根据步骤1的齿轮材料试验参数，拟合随温度变化的极限拉伸应力方程，并根据润滑状态，选取合适的润滑系数；

步骤6、计算每个齿轮材料点的临界面，以及该临界面上的剪应变幅值、正应变幅值和正应力均值；使用Brown-Miller多轴疲劳准则计算塑料齿轮的疲劳寿命。

2.根据权利要求1所述的考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法，其特征是，在步骤2中，根据齿轮材料弹性模量随温度变化关系，建立热弹本构方程为：

σ＝(αT+E₀)ε

式中，σ为应力，T为材料温度，E₀为材料在温度为0℃时的弹性模量，ε为应变；α为材料常数；

塑料齿轮材料热塑性本构方程用Johnson-Cook本构方程表示为：

式中，σ_P为流动应力，A是在参考温度和应变率下的屈服应力，B是硬化系数，n是应变强化系数，ε^P是真实塑性应变，是应变率，是参考应变率，C是应变率敏感系数，本处C取0；T^*m为归一化温度系数，可表示为：

T^*m＝(T-T_room)/(T_melt-T_room)

式中，T_room是参考温度，T_melt是材料熔点；

根据齿轮材料随温度变化的弹性模量和真实塑性应力应变曲线，拟合得到上述本构方程的参数。

3.根据权利要求2所述的考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法，其特征是，在步骤3中，依据标准VDI 2736塑料齿轮齿面温度计算经验公式，定义齿轮运行过程中齿面温度为：

式中，θ_flank为齿面温度，单位为℃；θ₀为环境温度；P为名义输出功率，单位为W；k_θ,flank为塑料齿轮热传递系数；μ为摩擦系数；H_V为轮齿损耗系数；b为齿宽，单位为mm；z为塑料齿轮齿数；v_t为切向速度，单位为m/s；m_n为名义模量，单位为mm；R_λ,G为塑料齿轮热阻；A_G为齿面散热系数；ED为相对啮合时间。

4.根据权利要求3所述的考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法，其特征是，在步骤4中，根据步骤3中确定塑料齿轮齿面温度，设置为有限元模型中初始温度。

5.根据权利要求4所述的考虑温度影响的塑料齿轮接触疲劳寿命评估方法，其特征是，在步骤5中，根据步骤1的材料试验参数，拟合随温度变化的极限拉伸应力方程为：

σ′_u＝βT+σ′₀

式中，σ′_u为极限拉伸应力，β为材料常数，σ′₀是参考温度为0℃的极限拉伸应力。根据疲劳参数与拉伸强度之间的转换关系，得到疲劳强度系数σ′_f、疲劳延性系数ε′_f、疲劳强度指数b和c疲劳延性指数。