[发明专利]随机载荷下齿轮弯曲疲劳时变可靠性分析方法

说明书

本发明涉及齿轮疲劳可靠性技术领域，随机载荷下齿轮弯曲疲劳时变可靠性分析方法，包括以下步骤：步骤S1：基于齿轮随机载荷谱得到等效变幅载荷谱；步骤S2：获取疲劳状态损伤函数；步骤S3：基于所述疲劳损伤状态函数构建等效变幅载荷下萌生时变可靠性模型；步骤S4：获取随机变量双参数微分方程；步骤S5：基于随机变量双参数微分方程构建等效变幅载荷下扩展时变可靠性模型；步骤S6：整合萌生时变可靠性模型和扩展时变可靠性模型得到等效变幅载荷下可靠性分析模型；步骤S7：将待测齿轮的加载时间输入所述可靠性分析模型，输出齿轮随机载荷下可靠度。本发明考虑确定性因素和不确定性因素，实现了齿轮随机载荷下可靠度的预测。

技术领域

本发明涉及齿轮疲劳可靠性分析领域，特别是随机载荷下齿轮弯曲疲劳时变可靠性分析方法。

背景技术

目前在可靠性领域广泛被人认可的应力-强度干涉模型，可用于齿轮弯曲疲劳可靠性建模与分析，但其所表示的可靠度只能表示某一时刻下应力和强度的相对大小关系的概率特征，而不能体现零部件于全寿命周期内随机载荷下的可靠度变化特性，因此其仅仅是“静态”的可靠度。

由于齿轮的运动过程中有较多的不确定性因素存在，即使在同一种工况下也会产生不同的效能，疲劳寿命相差较大。因此需要根据齿轮在运动过程中自身的损伤、强度、应力变化，基于裂纹萌生-扩展阶段，虑及各项不确定性因素的影响，从而计算随机载荷下未来某一时刻的可靠度指标。

发明内容

本发明旨在提供随机载荷下齿轮弯曲疲劳时变可靠性分析方法，以准确地预测齿轮弯曲疲劳可靠性在未来任意时刻的可靠度，从而有助于齿轮实现既定功能，提升机械系统安全性。

为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

随机载荷下齿轮弯曲疲劳时变可靠性分析方法，包括以下步骤：

步骤S1：基于齿轮随机载荷谱得到等效变幅载荷谱，执行步骤S2；

步骤S2：获取等效变幅载荷下疲劳状态损伤函数，其中，所述疲劳状态损伤函数用于表示齿轮的状态；

步骤S3：基于所述等效变幅载荷下疲劳损伤状态函数构建等效变幅载荷下萌生时变可靠性模型；

步骤S4：获取随机变量双参数微分方程，其中，所述随机变量受确定性参数和不确定性参数影响；

步骤S5：基于所述随机变量双参数微分方程构建等效变幅载荷下扩展时变可靠性模型；

步骤S6：整合所述等效变幅载荷下萌生时变可靠性模型和所述等效变幅载荷下扩展时变可靠性模型得到等效变幅载荷下可靠性分析模型；

步骤S7：将待测齿轮的加载次数输入所述等效变幅载荷下可靠性分析模型，输出可靠度，其中，若可靠度越大，则可靠性越好，若可靠性越小，则可靠度越低。

优选的，步骤S2中，获取所述等效变幅载荷下疲劳状态函数的方法包括以下步骤：

步骤S21：基于齿轮弯曲疲劳部位的局部应力状态分析以及齿轮材料特征参数，构建等效变幅载荷下萌生寿命预测模型，其中，通过应力状态分析可以得到应力集中因子、应力幅值、残余应力，所述齿轮材料特征参数包括FGA半径；

步骤S22：将所述等效变幅载荷下萌生寿命预测模型与等效变幅荷载下齿轮加载的循环次数相结合，构建等效变幅加载下萌生累积损伤模型；

步骤S23：通过对所述等效变幅加载下萌生累积损伤模型进行处理，得到等效变幅载荷下疲劳损伤状态函数。

优选的，所述等效变幅载荷下萌生寿命预测模型具体公式为：