[发明专利]一种表面硬化齿轮磨损及疲劳失效竞争机制分析方法

权利要求书

1.一种表面硬化齿轮磨损及疲劳失效竞争机制分析方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、根据齿轮副几何运动学，根据弹流润滑或混合润滑的特点，在考虑齿面粗糙度的影响下，计算轮齿啮合位置的接触参数，接触参数包括齿轮接触位置综合曲率半径，齿面法向载荷，赫兹接触半宽，最大赫兹接触压力，建立齿轮副弹流润滑或混合润滑的接触分析模型；

R_eq＝R₁R₂(R₁+R₂)；

式中，R₁，R₂为两齿轮接触位置的曲率半径，R_eq为综合曲率半径，E₁，E₂为两齿轮的弹性模量，E_eq为等效弹性模量，υ₁，υ₂为两齿轮的泊松比，b_H为赫兹接触半宽，p_H为最大赫兹接触压力，F为齿面法向载荷；

步骤2、基于齿轮副接触分析模型，在接触位置选定的次表面区域之内，通过离散-快速傅里叶变换法，进行次表面材料点的应力历程分析，考虑齿轮残余应力梯度影响，采用虎克定律，求解复杂多轴应变历程；

步骤3、根据齿轮材料的硬度曲线估算轮齿材料抗拉强度、疲劳强度和材料参数；

步骤4、根据Archard’s磨损模型，估算齿轮表面粗糙度在滚动接触历程中的磨损深度，预估齿轮表面微观形貌及表面粗糙度均方根值RMS的演变过程；

步骤5、基于循环滚动接触时次表面区域的应力应变历程及得到的材料参数，根据Morrow-Brown-Miller多轴疲劳准则，估算齿轮接触疲劳寿命；

步骤6、基于Palmgren-Miner准则，估算齿轮在单个阶段磨损过程中产生的疲劳损伤累积；

步骤7、根据该次接触磨损后的齿轮表面粗糙度再次分析下一阶段的磨损过程，重复步骤2至步骤7，直到所有阶段的损伤累积之和超过阈值，根据各阶段及最终的损伤累积分布情况分析齿轮接触疲劳失效竞争机制。

2.根据权利要求1所述的表面硬化齿轮磨损及疲劳失效竞争机制分析方法，其特征是，在步骤1中，表面粗糙度经由光学仪器测得，根据测量数据得到表面粗糙度的均方根值。

3.根据权利要求2所述的表面硬化齿轮磨损及疲劳失效竞争机制分析方法，其特征是，在步骤2中，所述齿轮残余应力梯度影响是指沿着垂直齿面接触位置向下的深度方向，将残余应力的x、y方向的分量σ_r,x(z)、σ_r,y(z)叠加至相应的应力分量σ_xx(z,x)与σ_yy(z,x)，其中，z代表深度，x代表滚动方向，y方向代表齿轮轴向；应变分量根据应力分量与虎克定律计算求解。

4.根据权利要求3所述的表面硬化齿轮磨损及疲劳失效竞争机制分析方法，其特征是，在步骤3中，所述轮齿材料抗拉强度由国际标准化组织标准6336-5中的硬度值与抗拉强度的关系推导得出；所述疲劳强度用轴向疲劳系数和轴向延性系数表示，轴向疲劳系数与轴向延性系数为：

σ'_f(z)＝mσ_b(z)，ε'_f(z)＝nψ(z)

式中，z代表深度，σ'_f,ε'_f分别代表轴向疲劳系数、轴向延性系数，σ_b(z)为抗拉强度，m,n为材料参数，沿深度方向分布的材料参数ψ(z)为：

式中，E代表材料的弹性模量。