基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法，涉及齿轮损伤分析技术领域。本发明专利技术通过首先计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤，然后计算损伤数，最后采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律的流程实现了在样本容量较大、窗宽较小的情况下，得到载荷数据分布的基本特征。

【技术实现步骤摘要】
基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法
本专利技术涉及齿轮损伤分析
，具体涉及一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法。
技术介绍
当特定构件在典型工况下的载荷-时间历程足够长，载荷循环频次足够多时，即特定随机变量的样本量足够大时，看似杂乱无章的载荷-时间历程会形成一定的载荷使用分布规律，这种分布规律是编制载荷谱必须要获知的信息。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何获取载荷的使用分布规律，为编制载荷谱提供支撑。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法，包括以下步骤：步骤一、计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤；步骤二、基于步骤一的计算结果计算损伤数；步骤三、基于步骤二的结果采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律。优选地，步骤一具体为：假设用于制造齿轮材料的SN曲线为N·Sb＝C，则齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤D为：其中，N为循环周次，S为载荷幅值，b为曲线斜率，C为曲线截距，b和C为齿轮材料参数，Si表示齿轮所受的载荷变化幅值，Ti表示对应齿轮载荷变化的轴扭矩；式中，假定齿根疲劳危险点的载荷幅值S与轴扭矩T之间呈线性关系为S＝KT，K为预设常数，ni为对应于轴扭矩数值为Ti的旋转周次；从式(1)可以看出，由于K和C都是常数，所以真正代表载荷对齿根疲劳危险部位造成损伤程度的量值为∑iniTib，将该量值称为损伤数。优选地，步骤二具体为：获取各个档位转速与扭矩的信息，其中，将扭矩切割成预设的足够小的区间，将落入相应区间内的转速对时间进行积分，求得相应轴扭矩Ti作用下齿轮旋转的周次ni，获得(ni，Ti)数据对，从而计算损伤数。优选地，步骤二在求取轴扭矩Ti的过程中，认为负扭矩与正扭矩对齿根疲劳危险部位造成的损伤在同一点。优选地，步骤三具体为：采用非参数密度估计的方法对载荷均幅值二维分布做分布拟合，所述非参数密度估计是指，若随机变量x服从一个未知的概率密度函数f(x)，要利用从中抽取的样本x1,...,xn对概率密度函数f(x)进行估计，其中n表示总样本数。优选地，步骤三中非参数密度估计的方法具体为：假定有损伤数数据x1,x2,...,xn∈[a,b)，对区间[a,b)作如下划分，即a＝a0<a1<a2<...<ak＝b，则令Ii＝[ai-1,ai)，i＝1,2,...,k，因此有i≠j，令mi＝#{xi∈Ii}表示落在各区间Ii中的损伤数数据个数，则非参数密度估计函数为：优选地，在步骤三之后还包括利用所述载荷使用分布规律编制载荷谱的步骤。(三)有益效果本专利技术通过首先计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤，然后计算损伤数，最后采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律的流程实现了在样本容量较大、窗宽较小的情况下，得到载荷数据分布的基本特征。附图说明图1是本专利技术的旋转直方图原理示意图；图2是正扭矩与负扭矩对齿轮结构的损伤位置示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术提供了一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法，包括以下步骤：步骤一、计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤假设用于制造相关齿轮材料的SN曲线为N·Sb＝C(式中，N为循环周次，S为载荷幅值，b为曲线斜率，C为曲线截距，b和C为齿轮材料参数)则齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤D为：Si表示齿轮所受的载荷变化幅值，Ti表示对应齿轮载荷变化的轴扭矩。式中，假定齿根疲劳危险点的应力变化幅值(载荷幅值)S与轴扭矩T之间呈线性关系为S＝KT(K为预设常数)，nx为对应于轴扭矩数值为Ti的旋转周次(也就是齿轮所遭受载荷变化对应的轴扭矩Ti的作用的次数)。从式(1)可以看出，由于K和C都是常数，所以真正代表载荷对齿根疲劳危险部位造成损伤程度的量值为∑iniTib(与常数K、C无关)，这一极其重要的数值称为“损伤数”。在制定台架试验方案的时候，正是要将具有统计代表性和满足设计目标的损伤数“搬”到台架上，以完成相关的考核验证。可以看到，要实现这一目标只需要材料参数b就可以了。步骤二、基于步骤一的计算结果计算损伤数为了计算齿轮损伤数，如图1所示，需要各个档位转速与扭矩的信息。将扭矩切割成足够小的区间(bin)，将落入相应区间内的转速对时间进行积分，以求得相应近似恒定水平的轴扭矩Ti作用下齿轮旋转的周次ni，从而获得足够精确的(ni，Ti)数据对，以计算损伤数。将本专利技术的载荷使用分布规律获取方法称为旋转直方图方法。运用旋转直方图计数原理对获取的转速、扭矩数据进行计数统计，计算损伤数，进一步获取载荷的使用分布规律，为编制载荷谱提供支撑。其中，由于在齿轮传动的过程中，结构在传递正扭矩与负扭矩时齿根部位的疲劳危险点是不同的，如图2所示。因此，一般需要将正扭矩与负扭矩分离，分别加以处理。本专利技术处于可接受程度上的保守考虑，在稳态旋转台架方案制定中，将负扭矩造成的损伤累加到正扭矩造成的损伤中，即在求取轴扭矩Ti的过程中，认为负扭矩与正扭矩对齿根疲劳危险部位造成的损伤在同一点。步骤三、基于步骤二的结果采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律要从实测载荷数据中提取载荷的使用分布规律，需要对载荷均幅值二维分布做分布拟合。依据数理统计理论，分布统计推断可采用参数法或非参数法。当样本数据的分布无法假设或分布形态复杂时，参数法将失效，须采用非参数法，即采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律。非参数密度估计是指，若随机变量x服从一个未知的概率密度函数f(x)(没有任何具体的形式)，要利用从中抽取的样本x1,...,xn对概率密度函数f(x)进行估计，n表示总样本数。非参数密度估计方法是直方图计数的基础。假定有损伤数数据x1,x2,...,xn∈[a,b)，对区间[a,b)作如下划分，即a＝a0<a1<a2<...<ak＝b，则令Ii＝[ai-1,ai)，i＝1,2,...,k。因此有i≠j。令mi＝#{xi∈Ii}表示落在各区间Ii中的损伤数数据个数，则非参数密度估计函数如下：以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤；步骤二、基于步骤一的计算结果计算损伤数；步骤三、基于步骤二的结果采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律。

【技术特征摘要】
1.一种基于齿轮结构损伤数的载荷使用分布规律获取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤；步骤二、基于步骤一的计算结果计算损伤数；步骤三、基于步骤二的结果采用非参数密度估计方法获取载荷使用分布规律。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一具体为：假设用于制造齿轮材料的SN曲线为N·Sb＝C，则齿轮在随机载荷作用下疲劳危险部位所受到的损伤D为：其中，N为循环周次，S为载荷幅值，b为曲线斜率，C为曲线截距，b和C为齿轮材料参数，Si表示齿轮所受的载荷变化幅值，Ti表示对应齿轮载荷变化的轴扭矩；式中，假定齿根疲劳危险点的载荷幅值S与轴扭矩T之间呈线性关系为S＝KT，K为预设常数，ni为对应于轴扭矩数值为Ti的旋转周次；从式(1)可以看出，由于K和C都是常数，所以真正代表载荷对齿根疲劳危险部位造成损伤程度的量值为∑iniTib，将该量值称为损伤数。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤二具体为：获取各个档位转速与扭矩的信息，其中，将扭矩切割成预设的足够小的区间，将落入相应区间内的转速对时间进行积分，求得相应轴扭矩Ti作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宜，王敏，杨玲玲，韩博，张鑫，张洪彦，宋美球，杨忠国，乔丽，陈嘉杨，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11