[发明专利]一种汽车变速装置鲁棒疲劳设计方法

权利要求书

1.一种汽车变速装置鲁棒疲劳设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据汽车变速装置的结构，确定影响汽车变速装置疲劳可靠性的几何参数；在传递功率一定的情况下，影响汽车变速装置疲劳可靠性的参数有：变速装置轮系的法面模数m_n、变速小轮系的齿数Z₁、螺旋角β和变速轮系齿宽系数ψ_D，取优化设计参数为：

X＝(x₁,x₂,x₃,x₄)^T＝(m_n,β,Z₁,ψ_D)；

(2)建立鲁棒优化的汽车变速装置疲劳设计的多目标函数，包括建立汽车变速装置表面接触疲劳可靠度的目标函数和建立汽车变速装置抗弯疲劳可靠度的目标函数；

(3)建立鲁棒优化的汽车变速装置疲劳设计的约束条件；

(4)对基于随机分布干涉和鲁棒优化的汽车变速装置多目标疲劳可靠性设计模型进行求解，获得最优的设计参数，使变速装置具有高可靠性和鲁棒性；

步骤(2)中建立汽车变速装置表面接触疲劳可靠度的目标函数，包括下列子步骤：

(2.1.1)建立变速装置轮系的表面接触应力：

式中，Z_H为节点区域系数，Z_E为弹性系数，Z_ε为重合度系数，Z_β为螺旋角系数，F_t为端面内分度圆上的切向力(N)，d₁为小轮系的分度直径(mm)，b为工作齿宽(mm)，U为大轮系和小轮系的齿数比(Z₁/Z₂)，K_A为使用系数，K_V为动载系数，K_Hβ为接触强度计算的齿向载荷的分布系数，K_Hα为接触强度计算的齿间载荷的分布系数；

(2.1.2)计算变速装置轮系的表面接触应力均值、变差系数和标准差，用变差系数法求得表面接触应力的均值；

(2.1.3)建立变速装置轮系的表面接触疲劳强度：

式中，Q_Hlim为试验轮系的接触疲劳极限(MPa)，Z_N为接触强度计算的寿命系数，Z_L为润滑系数，Z_V为速度系数，Z_R为粗糙度系数，Z_W为工作硬化系数，S_Hmin为接触强度的最小安全系数，Z_X为接触强度的计算尺寸系数；

(2.1.4)计算变速装置轮系的表面接触疲劳强度均值、变差系数和标准差，采用变差系数法求得变速装置轮系的表面接触疲劳强度均值、变差系数和标准差；

(2.1.5)计算变速装置表面接触疲劳可靠度：

根据随机分布干涉理论，求得汽车变速装置的表面接触疲劳可靠性指标β_H:

根据可靠性指标，计算出变速装置表面接触疲劳可靠度R_H：

R_H＝Φ(β_H)

(2.1.6)建立汽车变速装置嵌入灵敏度信息的鲁棒表面接触疲劳可靠度的目标函数：

式中，

步骤(2)中建立汽车变速装置抗弯疲劳可靠度的目标函数，包括下列子步骤：

(2.2.1)建立变速装置轮系的抗弯应力表达式：

式中，F_t为端面内分度圆上的切向力(N)，b为工作齿宽(mm)，m_n为法向模数(mm)，Y_Fa为载荷作用于齿顶时的齿形系数，Y_Sa为载荷作用于齿顶时的应力修正系数，Y_S为抗弯强度计算的重合度系数，Y_β为螺旋角系数，K_A为使用系数，K_V为动载系数，K_Fβ为抗弯强度计算的齿向载荷分配系数，K_Fα为抗弯强度计算的齿间载荷分配系数；

(2.2.2)计算变速装置轮系的抗弯应力均值、变差系数和标准差，用变差系数法求得抗弯应力均值、变差系数和标准差；

(2.2.3)建立变速装置轮系的抗弯疲劳强度：

式中，Q_Flim为试验轮系齿根的抗弯疲劳极限(MPa)，Y_ST为试验轮系尺寸规格下的应力修正系数，Y_NT为试验轮系的寿命系数，Y_Srel为相对齿根圆角敏感系数，Y_Rrel为相对齿根表面状况系数，S_Fmin为接触强度的最小安全系数，Y_X为抗弯强度的计算尺寸系数；

(2.2.4)计算变速装置轮系的抗弯疲劳强度均值、变差系数和标准差，采用变差系数法求得变速装置轮系的抗弯疲劳强度均值、变差系数和标准差；

(2.2.5)计算变速装置抗弯疲劳可靠度：

根据随机分布干涉理论，求得汽车变速装置的抗弯疲劳可靠性指标β_F:

根据可靠性指标，计算出变速装置抗弯疲劳可靠度R_F：

R_F＝Φ(β_F)；

(2.2.6)建立汽车变速装置嵌入灵敏度信息的鲁棒抗弯疲劳可靠度的目标函数：

式中，

2.根据权利要求1所述的一种汽车变速装置鲁棒疲劳设计方法，其特征在于，步骤(3)包括以下子步骤：

(3.1)建立汽车变速装置体积的约束：用分度圆圆柱体积来近似代替轮系的体积，建立约束条件：

(3.2)重合度约束：

汽车变速装置齿轮传动的重合度ξ应大于等于1，即：

式中，ξ_α1为轮系小齿轮的端面重合度系数，ξ_α2为轮系大齿轮的端面重合度系数；

(3.3)变速装置轮系分度圆直径的上、下限约束：

式中，d_min为轮系大齿轮的分度圆直径的下限(mm)，d_max为轮系大齿轮的分度圆直径的上限(mm)；

(3.4)变速装置轮系齿宽上、下限约束：

式中，b_min为轮系齿宽的下限(mm)，b_max为轮系齿宽的上限(mm)；

(3.5)变速装置其他参数上、下限约束：

β_min≤β≤β_max

。