CN109472068B - 一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法 - Google Patents

一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法，包括：(1)分别研究重载弧齿锥齿轮主要失效形式的失效机理；(2)针对不同的单一的失效模式研究工艺参数对此失效模式可靠性的影响；(3)研究多种失效模式耦合的的可靠性计算方法；(4)基于可靠性结果计算工艺参数对可靠性的灵敏度，通过灵敏度计算实现制造工艺参数的评价。本发明可以分析不同失效模式下的弧齿锥齿轮疲劳可靠性和多失效模式耦合的可靠性分析；同时通过灵敏度计算，得到了弧齿锥齿轮可靠加工的关键制造控制参数，提高了弧齿锥齿轮的可靠性，对齿轮的实际生产指导有重要的意义。

Description

一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工 艺可靠性分析与评价方法
技术领域
本发明涉及一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法，适用于重载复杂工况下的弧齿锥齿轮定长寿命可靠性的相关制造工艺的分析与评价，并对相关影响工艺参数进行优化。
背景技术
重载弧齿锥齿轮是航空发动机动力传动不可替代的核心关键部件。随着国防科技的不断向前发展，对承受各种复杂恶劣工况的航空发动机传动***提出了更高的要求，即更大的载重量、更强劲的动力、更灵活的机动性能、更高的可靠性和更长的疲劳寿命。针对国内外对重载弧齿锥齿轮可靠性提出的高要求，先原有的可靠性与齿轮失效研究的基础上，引入表面粗糙度、表面残余应力与表面硬度等中间变量，建立弧齿锥齿轮制造加工工艺参数与单一失效模式的可靠性之间的联系，提出了基于多失效模式的可靠性分析与评价方法，对高可靠性要求的弧齿锥齿轮的工艺设计和生产安排进行指导，从而为重载弧齿锥齿轮的高可靠性制造提供工艺技术保障。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：针对重载弧齿锥齿轮的高可靠性的分析与评价问题，以表面粗糙度、表面残余应力与表面硬度等为中间变量，考虑弧齿锥齿轮复杂的实际加工过程中的工艺参数对不同失效形式的可靠性性的影响，综合考虑多失效模式之间的联系，提出了失效模式串并联模型，求解了多失效模式的可靠性的极大值与极小值，提供了基于一种基于灵敏度计算的可靠性评估方法。有效的降低了重载弧齿锥齿轮的可靠性分析与评价的难度与成本。
本发明采用的技术方案是：一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法，其方法流程如下：
步骤(1)、分别研究重载弧齿锥齿轮主要失效形式的失效机理；
步骤(2)、针对不同的单一的失效模式研究工艺参数对此失效模式可靠性的影响；
步骤(3)、研究多种失效模式耦合的的可靠性计算方法；
步骤(4)、基于可靠性结果计算工艺参数对可靠性的灵敏度，通过灵敏度计算实现制造工艺参数的评价。
进一步的，所述步骤(1)中针对重载弧齿锥齿轮的主要的失效形式齿面疲劳点蚀、齿根弯曲断裂、齿面胶合和齿面磨损几种失效形式，研究齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度对各失效形式的机理。
进一步的，所述步骤(2)中针对单一失效模式的可靠性研究，设计正交试验，研究不同工艺参数对齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度的影响规律，结合权利要求2所述的机理研究，以齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度为中间变量，建立工艺参数与单一失效模式相关的可靠性的可靠性模型，求解齿面疲劳点蚀、齿根弯曲断裂、齿面胶合和齿面磨损几种单一失效形式的可靠性。
进一步的，所述步骤(3)中多种失效模式耦合的可靠性计算方法研究，以串联失效模型计算重载弧齿锥齿轮的可靠性，得到可靠性的最小极限值Rmin；以并联失效模型计算重载弧齿锥齿轮的可靠性，得到可靠性的最大极限值Rmax；当重载弧齿锥齿轮的可靠性较高时，能可靠性的最小极限值Rmin与可靠性的最大极限值Rmax差距很小，即可认为重载弧齿锥齿轮在特定工况下的可靠性值在最小极限值Rmin与最大极限值Rmax之间。
进一步的，所述步骤(4)中通过灵敏度对制造工艺参数评估，工艺参数的波动引起可靠性的波动，通过近似导数的求解方法，记自变量的波动为Δx，记因变量的波动为Δy，那么灵敏度可以记为
Figure RE-GDA0001912159420000021
因此，各工艺参数的可靠性灵敏度可以计算为
Figure RE-GDA0001912159420000022
式中：β(R)表示变量R对变量a的灵敏度；变量R表示重载弧齿锥齿轮的可靠性；变量a表示影响可靠性的工艺参数。
最终通过灵敏度实现对制造工艺参数的评价。
本发明的原理：基于单一失效模式的失效机理和可靠性求解，通过多失效模式的串并联关系，计算出基于多失效耦合的弧齿锥齿轮定长寿命可靠性的范围；基于可靠性结果，通过灵敏度对可靠性进行评价，对制造工艺进行优化。
本发明与现有技术相比的有益效果是：首先，应用本发明可以知道不同工艺参数对弧齿锥齿轮不同失效的可靠性的影响权重，为弧齿锥齿轮的失效分析提供了新方法；其次，应用本发明，可以在不知道各失效形式的关联性的基础上求解出多失效模式耦合的弧齿锥齿轮可靠性，为多影响因素下的可靠性计算提出新思路；在此，应用本发明可以对具有高可靠性要求的弧齿锥齿轮制造加工工艺参数进行评价，并优化工艺参数。
附图说明
图1为本发明的分析方法流程图；
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施过程进一步说明本发明。
本发明一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法，其方法流程如下：
步骤(1)、分别研究重载弧齿锥齿轮主要失效形式的失效机理；
步骤(2)、针对不同的单一的失效模式研究工艺参数对此失效模式可靠性的影响；
步骤(3)、研究多种失效模式耦合的的可靠性计算方法；
步骤(4)、基于可靠性结果计算工艺参数对可靠性的灵敏度，通过灵敏度计算实现制造工艺参数的评价。
所述步骤(1)中针对重载弧齿锥齿轮的主要的失效形式齿面疲劳点蚀、齿根弯曲断裂、齿面胶合和齿面磨损几种失效形式，研究齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度对各失效形式的机理。
所述步骤(2)中针对单一失效模式的可靠性研究，设计正交试验，研究不同工艺参数对齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度的影响规律，结合权利要求2所述的机理研究，以齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度为中间变量，建立工艺参数与单一失效模式相关的可靠性的可靠性模型，求解齿面疲劳点蚀、齿根弯曲断裂、齿面胶合和齿面磨损几种单一失效形式的可靠性。
所述步骤(3)中多种失效模式耦合的可靠性计算方法研究，以串联失效模型计算重载弧齿锥齿轮的可靠性，得到可靠性的最小极限值Rmin；以并联失效模型计算重载弧齿锥齿轮的可靠性，得到可靠性的最大极限值Rmax；当重载弧齿锥齿轮的可靠性较高时，能可靠性的最小极限值Rmin与可靠性的最大极限值Rmax差距很小，即可认为重载弧齿锥齿轮在特定工况下的可靠性值在最小极限值Rmin与最大极限值Rmax之间。
所述步骤(4)中通过灵敏度对制造工艺参数评估，工艺参数的波动引起可靠性的波动，通过近似导数的求解方法，记自变量的波动为Δx，记因变量的波动为Δy，那么灵敏度可以记为
Figure RE-GDA0001912159420000041
因此，各工艺参数的可靠性灵敏度可以计算为
Figure RE-GDA0001912159420000042
式中：β(R)表示变量R对变量a的灵敏度；变量R表示重载弧齿锥齿轮的可靠性；变量 a表示影响可靠性的工艺参数。
最终通过灵敏度实现对制造工艺参数的评价。
总之，本发明针对重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳可靠性的分析与评价的问题，以加工工艺参数为影响因素，求解了弧齿锥齿轮的多失效耦合的疲劳可靠性的范围，并通过灵敏度对制造工艺参数进行评估。从而为重载弧齿锥齿轮的可靠性预测和工艺评价工作提供重要的依据。

Claims (1)

1.一种基于多失效模式的重载弧齿锥齿轮定长寿命传动疲劳工艺可靠性分析与评价方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：
步骤(1)、分别研究重载弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀、齿根弯曲断裂、齿面胶合和齿面磨损几种主要失效形式的失效机理，设计正交试验，分析齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度等表面完整性参数对各失效形式的影响规律；
步骤(2)、针对不同的单一的失效模式，以齿面粗糙度、齿面残余应力、齿面硬度为中间变量，建立工艺参数与单一失效模式相关的可靠性的可靠性模型，求解单一失效的可靠性；
步骤(3)、基于串并联失效模型，得到可靠性的最小极限值Rmin以及最大极限值Rmax，当重载弧齿锥齿轮的可靠性较高时，可靠性的极限值Rmin与Rmax差距很小，可认为重载弧齿锥齿轮在特定工况下的可靠性值在最小极限值Rmin与最大极限值Rmax之间；
步骤(4)、工艺参数a的波动引起可靠性R的波动，基于可靠性结果并通过近似导数的求解方法，计算工艺参数对可靠性的灵敏度β(R)＝ΔR/Δa，通过灵敏度计算实现对制造工艺参数的评价。
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