[发明专利]一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法。首先，定义高压内啮合齿轮泵齿轮副的多种失效形式，建立各失效形式的可靠性功能函数；其次，采用基于高阶矩的鞍点逼近方法计算各失效形式的失效概率；然后，构建高压内啮合齿轮泵齿轮副各失效形式的重要性测度模型；最后，建立高压内啮合齿轮泵齿轮副多性能指标的多目标多约束可靠性优化模型。本发明不仅考虑了高压内啮合齿轮泵齿轮副多种失效形式对系统可靠性的影响，还考虑了高压内啮合齿轮泵所需同时满足的多个性能指标，使得通过所述方法得到的齿轮副在满足可靠性要求的同时，提升高压内啮合齿轮泵的工作性能。

技术领域

本发明涉及内啮合齿轮泵技术领域，尤其涉及一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法。

背景技术

内啮合齿轮泵由于具有结构简单紧凑，流量、压力脉动小，功率重量比高，噪声低的特点，在行走机械、组合机床等工业领域得到了广泛应用。内啮合齿轮泵由于高压腔小，密封结构完善，具有很高的容积效率和总效率，且无外啮合齿轮泵存在的困油现象。相对于叶片泵和柱塞泵，内啮合齿轮泵同样具有流量脉动小、运行平稳、噪声低的特点，可替代叶片泵、柱塞泵用于控制精度要求高的液压系统。然而，工业技术的进步以及主机、系统性能指标的提升，对内啮合齿轮泵的承载能力、噪声等级以及容积效率提出了更高的要求。

压力是内啮合齿轮泵最主要的性能参数。国外产品实现了较高的工作压力，但结构复杂、制造成本高、价格昂贵。相比之下，国内高压内啮合齿轮泵的最高压力大多低于30MPa。目前，国内企业尚缺乏对高压内啮合齿轮泵参数设计、性能评估等方面的基础研究，结构参数和规格大多直接仿制国外同类产品，导致产品设计制造技术落后。

同时，齿轮泵的工作原理决定了内啮合齿轮泵同样存在着液压力不平衡的问题。随着工作压力的增高，内啮合齿轮泵齿轮副所受的径向液压力和磨损亦随之增大。在长期运行过程中，将使高压内啮合齿轮泵齿轮副的性能快速退化，导致内齿轮泵齿轮副质量不稳定、早期故障率高、可靠性差。目前，尽管国内企业具备了高压内啮合齿轮泵的生产能力，国产高压内啮合齿轮泵在容积效率、噪声、可靠性与使用寿命等方面与国外产品仍有较大差距。

如何在保证高压下内啮合齿轮泵齿轮副可靠性的同时，提高内啮合齿轮泵的工作性能，是高压内啮合齿轮泵在设计上的一个难点。本发明期望从可靠性设计的角度出发，结合重要性测度模型和多目标优化设计方法，构建一种高压内啮合齿轮泵的多目标多约束可靠性设计模型，实现高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性设计。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明充分利用基于高阶矩的鞍点逼近方法的逼近精度以及基于重要性测度的可靠性优化设计方法，提供一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法，从而实现内啮合齿轮泵齿轮副在高压下的结构优化设计，提高内啮合齿轮泵在高压大流量工况下的可靠性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：定义高压内啮合齿轮泵齿轮副的多种失效形式，并建立不同失效形式的可靠性功能函数；

步骤2：采用基于高阶矩的鞍点逼近方法逼近各可靠性功能函数的概率分布函数，并计算相应的失效概率；

步骤3：建立高压内啮合齿轮泵齿轮副不同失效形式的重要性测度模型，分析不同失效形式对齿轮泵可靠性的影响程度；

步骤4：建立高压内啮合齿轮泵多目标多约束的可靠性优化模型，采用优化方法对高压内啮合齿轮泵齿轮副的随机参数进行优化。

步骤1具体为：

高压内啮合齿轮泵齿轮副的失效形式是指内齿圈齿面接触强度失效、内齿轮齿根弯曲强度失效和内齿圈齿根弯曲强度失效三种失效形式；

分别针对上述三种失效形式建立可靠性功能函数，其中，