[发明专利]一种基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法

权利要求书

1.一种基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将齿面离散成多个齿面节点并且构建齿面复合应力场；

步骤二、基于Papadopoulos多轴疲劳准则，结合齿轮材料疲劳特性参数，计算复合应力场下各齿面节点的多轴等效应力：

式中，σ_n为第n个齿面节点的多轴等效应力，τ_-1为齿轮材料的弯曲疲劳极限，σ_-1为齿轮材料的扭转疲劳极限，T_n为第n个齿面节点的广义剪切应力幅值，σ_n1与σ_n2分别第n个齿面节点为静水压力的幅值与均值；

步骤三、结合齿轮材料S-N曲线，根据各齿面节点的多轴等效应力预测齿轮接触疲劳寿命：

a·(2N_n)^b＝σ_n (1.2)

其中，N_n为第n个齿面节点的疲劳寿命，σ_n为第n个齿面节点的多轴等效应力，a为疲劳强度系数，b为疲劳强度指数；a与b由齿轮材料S-N曲线得到；其中最小的N_n即为齿轮的使用寿命。

2.如权利要求1所述的基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述齿轮材料S-N曲线得到方法如下：通过多个不同应力水平下的疲劳试验，以测得的疲劳寿命为横坐标，以应力为纵坐标，拟合各数据点得到齿轮材料S-N曲线。

3.如权利要求1所述的基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述齿轮材料疲劳特性参数包括齿轮材料的弯曲疲劳极限τ_-1和扭转疲劳极限σ_-1。

4.如权利要求1所述的基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述齿面复合应力场为基于齿面残余应力与接触应力的复合应力场。

5.如权利要求4所述的基于齿面应力场的齿轮接触疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述齿面复合应力场的建立方法如下：

步骤1.1建立齿轮三维几何模型；然后输入齿轮材料参数，导入齿轮三维几何模型，对齿面接触区域进行网格细化，构建齿轮三维接触分析模型；

步骤1.2、测试得到齿轮试件沿齿厚方向各测量点的残余应力，拟合得到残余应力分布曲线；基于齿轮三维几何模型，将齿面离散成若干齿面节点，根据残余应力分布曲线，得到在齿面坐标系下各齿面节点的残余应力；

步骤1.3、结合各齿面节点的方向余弦矩阵，将齿面坐标系下的残余应力转换到全局坐标系中，得到在全局坐标系下的齿面节点的残余应力σ′_n0：

σ′_n0＝[β_n]^-1[σ_n0]([β_n]^T)^-1 (1.1)

其中，σ′_n0为全局坐标系下第n个齿面节点的残余应力，σ_n0为齿面坐标系下第n个齿面节点的残余应力，β_n为齿面节点的方向余弦，n表示节点编号；

步骤1.4、将全局坐标系下的各吃点节点的残余应力数据导入ABAQUS平台，耦合齿面接触应力场与残余应力场，构建齿面复合应力场。