基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法，涉及履带车辆传动装置耐久性技术领域。本发明专利技术提供的基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估计算方法，改变了以往综合传动整机耐久性计算没有统一载荷谱，各零部件耐久性计算无法关联匹配，整机耐久性评估没有方法参考的局面，从根本上解决了综合传动耐久性性定量计算的技术难题，为综合传动装置各个零部件的等寿命设计提供了技术基础。采用本发明专利技术使综合传动装置各个部件包含齿轮、轴、轴承等优化设计具有统一载荷谱，采用CAE技术分析能够得到关键部位和薄弱环节的应力变化规律，提高了计算的效率。建立综合传动装置耐久性评估数学模型，得到耐久性定量评估结果。

【技术实现步骤摘要】
基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法
本专利技术涉及履带车辆传动装置耐久性
，具体涉及一种基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法。
技术介绍
综合传动装置是履带车辆常用的传动系统，一般有正差速，负差速和零差速传动系统。零差速液力机械综合传动装置是当前的主流传动型式。综合传动装置虽然结构复杂，其结构件分为齿轮类、轴类、轴承类部件，这些传动部件有机的协调工作，完成综合传动直驶、转向等各种功能和性能。当前关于综合传动耐久性评估基本都是按照实车试验，公开发表的文献或者专利没有从理论角度给出可行的计算方法。对于综合传动装置各个部件耐久性的计算往往是按照额定工况或者最大扭矩工况工作一定的时间，从而计算各个部件的耐久性，各个部件之间的载荷缺乏有机的匹配和组合，无法评估整机的耐久性。因缺乏统一的载荷谱，各个部件耐久性计算缺乏可比性，从而对整机等寿命设计等带来困难。
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：如何提供一种基于载荷谱的综合传动耐久性评估方法，用以解决现有综合传动装置整机耐久性评估理论方法缺失的问题。(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载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法，包括以下步骤：步骤1、根据综合传动装置的结构特点，获得零部件工作载荷测试方案；步骤2、通过测试获得步骤1的载荷统计数据，并进行初步处理，然后按照当前行驶的各种工况和里程，分别对齿轮、轴承和轴获得当前零件损伤的工作载荷谱；步骤3、根据步骤2的结果，基于载荷谱计算综合传动装置各个部件的损伤率和寿命；步骤4、基于步骤3的结果进行综合传动装置整机耐久性计算模型制定。优选地，步骤1具体为：根据预设测点，布置特定的传感器，测试4个转矩信号、风扇传动输入扭矩T1的时间历程、左侧汇流排输出扭矩T2的时间历程、右侧汇流排输出扭矩T3的时间历程、转向机构输出扭矩T4的时间历程、3个转速信号和1个档位信号，基于测试的数据通过内部传动链传动比的分析获得各个齿轮所传递的扭矩，并基于测试的数据通过对轴系传递功率的分析获得各个轴承、轴在特定工况所受的力，在试验过程中记录对应的数据；所述4个转矩信号包括风扇传动输入扭矩T1、左侧汇流排输出扭矩T2、右侧汇流排输出扭矩T3、转向机构输出扭矩T4；所述3个转速信号包括传动装置输入转速n1，转向零轴转速n2，变速机构输出转速n3。优选地，步骤2中按照当前行驶的各种工况和里程，分别对齿轮、轴承和轴获得当前零件损伤的工作载荷谱具体包括：步骤2.1按照步骤1中记录的测试内容，对应相应的工况和传动比，计算所有齿轮受力情况：对于轴承的载荷谱统计，首先运用CAE软件建立3D模型，在有限元软件中施加稳态工况的传递力矩T，得到啮合齿轮齿根弯曲应力极值σF和齿面接触疲劳应力极值σH，对于润滑、速度、粗糙度、齿面硬化这些工艺措施对于应力的影响，分别引入润滑系数ZL、速度系数ZV、粗糙度系数ZR、齿面硬化系数ZW，对于接触疲劳应力σH进行修正，公式如式(1)所示，对于弯曲疲劳应力引入系数相对齿根表面状况系数进行修正，公式如式(2)所示：σH′＝σHZLZVZRZW(1)σF′＝σFYRrelT(2)根据上述分析从而建立了齿轮传递转矩和应力的对应比例关系，将齿轮工作传递转矩和对应的转速按照时域对标，将传递转矩的均值进行8级等分，将对应的转速信号提取出来，再将转速信号8级等分，从而得到任意齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳应力区间下任意转速区间所对应的工作时间；齿轮每旋转一周对应的轮齿啮合一次，也就意味着应力循环一次，按照式(3)计算对应的循环次数；Nij＝60bjgtiji,j＝1,2,.....8(3)式中，Nij表示第i级载荷、第j级转速下的循环次数，bj表示第j级齿轮转速，gtij表示在第i级载荷、第j级转速下的齿轮的工作时间；步骤2.2将实际的轴向和径向载荷等效为一假想的当量动载荷P来处理，在当量动载荷作用下，轴承的工作寿命与在实际工作载荷下的寿命相等，根据轴系的受力特点，计算受到的等效载荷如式(4)所示：P＝XFr+YFa(4)式中，Fr表示轴承所承受的径向载荷；Fa表示轴承所承受的轴向载荷；X，Y表示径向载荷系数和轴向载荷系数；提取对应的转速，将不同转速区间和对应的等效均值载荷进行8级分级处理，得到轴承工作的载荷谱；轴承寿命的计算公式按照下式(5)所示：式中，Lhij为轴承在第i级当量动载荷，第j级转速区间下以90％可靠度工作的寿命，ci为轴承第i级当量载荷；dj为轴承第j级转速；ε为轴寿命系数：ft为温度系数；C为基本额定动载荷；步骤2.3根据步骤1所测得的转矩，结合传动链传动比获得不同以传递转矩为主的轴的载荷，传递弯矩为主的轴通过轴系的受力分析，间接计算弯矩的变化规律，通过对稳态工况在CAE软件中获得传递转矩条件下的不同部位的应力分布，获得传递载荷和对应的极值应力的对应比例关系，将轴所受的应力开展雨流计数统计，获得应力均值和幅值的8级分布，得到任意应力均值和幅值条件所对应的循环次数，按照Goodman等效方法，将不同应力幅值条件下的应力均值转化为对称循环条件下的应力等效幅值。优选地，步骤3具体包括：步骤3.1齿轮耐久性计算：根据步骤2.1得到的载荷谱，按照Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，依据齿轮材料对应的弯曲疲劳SN曲线，从而计算得到任意弯曲疲劳应力区间任意转速区间的疲劳损伤率，式(6)表示任意工况下的损伤率，式(7)表示所有工况下的总损伤率：式中，Gij第ai级载荷，第bj级转速下的损伤率，Nij表示第i级载荷，第j级转速下的循环次数，Nai表示在齿轮弯曲疲劳SN曲线上，当应力均值为ai时最大循环次数，GZ表示总损伤率，如式(7)所示：步骤3.2轴承耐久性计算：根据步骤2.2得到的载荷谱，以及已经获得任意轴承在特定的转速和转矩区间下工作的时间和可靠工作的工作寿命，按照式(8)获得任意工况的损伤率和总损伤率：式中，Bij表示轴承在第ci级载荷，第dj级转速下的损伤率，tij表示轴承在第ci级载荷，第dj级转速下的工作时间，Lhij表示轴承在第ci级载荷，第dj级转速下以90％可靠度工作的寿命，BZ表示该轴承总的损伤率，如式(9)：步骤3.3轴耐久性计算：根据步骤2.2得到的载荷谱，按照Palmgren-Miner疲劳累积等效法则，对于承受扭转疲劳时效的轴采用扭转疲劳SN曲线，对于弯曲疲劳失效的轴采用弯曲疲劳SN曲线，从而得到轴在对应的应力均值和幅值条件下的损伤率，计算公式如式(10)和式(11)所示，Sij表示轴在第gj级等效应力幅值下的损伤率，hij代表在相应的应力均值和幅值条件下的应力循环次数，Ngi表示轴在对称循环应力gi下的允许疲劳循环次数，SZ表示该轴的总损伤率：优选地，步骤4具体包括：基于步骤3的结果，首先分别统计所有齿轮、轴和轴承的损伤率；所有齿轮的损伤率G，用式(12)表示，所有轴的损伤率S，用式(13)表示，所有轴承的损伤率B，用式(14)表示：G＝max(GZ1,GZ2,.....GZm)(12)S＝max(SZ1,SZ2,.....SZm)(13)B＝max(BZ1,BZ2,.....BZm)(14)用Q表示整个综合传动装置耐久性评价指标，当Q等于1的车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据综合传动装置的结构特点，获得零部件工作载荷测试方案；步骤2、通过测试获得步骤1的载荷统计数据，并进行初步处理，然后按照当前行驶的各种工况和里程，分别对齿轮、轴承和轴获得当前零件损伤的工作载荷谱；步骤3、根据步骤2的结果，基于载荷谱计算综合传动装置各个部件的损伤率和寿命；步骤4、基于步骤3的结果进行综合传动装置整机耐久性计算模型制定。

【技术特征摘要】
1.一种基于载荷谱的综合传动装置耐久性评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据综合传动装置的结构特点，获得零部件工作载荷测试方案；步骤2、通过测试获得步骤1的载荷统计数据，并进行初步处理，然后按照当前行驶的各种工况和里程，分别对齿轮、轴承和轴获得当前零件损伤的工作载荷谱；步骤3、根据步骤2的结果，基于载荷谱计算综合传动装置各个部件的损伤率和寿命；步骤4、基于步骤3的结果进行综合传动装置整机耐久性计算模型制定。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1具体为：根据预设测点，布置特定的传感器，测试4个转矩信号、风扇传动输入扭矩T1的时间历程、左侧汇流排输出扭矩T2的时间历程、右侧汇流排输出扭矩T3的时间历程、转向机构输出扭矩T4的时间历程、3个转速信号和1个档位信号，基于测试的数据通过内部传动链传动比的分析获得各个齿轮所传递的扭矩，并基于测试的数据通过对轴系传递功率的分析获得各个轴承、轴在特定工况所受的力，在试验过程中记录对应的数据；所述4个转矩信号包括风扇传动输入扭矩T1、左侧汇流排输出扭矩T2、右侧汇流排输出扭矩T3、转向机构输出扭矩T4；所述3个转速信号包括传动装置输入转速n1，转向零轴转速n2，变速机构输出转速n3。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2中按照当前行驶的各种工况和里程，分别对齿轮、轴承和轴获得当前零件损伤的工作载荷谱具体包括：步骤2.1按照步骤1中记录的测试内容，对应相应的工况和传动比，计算所有齿轮受力情况：对于轴承的载荷谱统计，首先运用CAE软件建立3D模型，在有限元软件中施加稳态工况的传递力矩T，得到啮合齿轮齿根弯曲应力极值σF和齿面接触疲劳应力极值σH，对于润滑、速度、粗糙度、齿面硬化这些工艺措施对于应力的影响，分别引入润滑系数ZL、速度系数ZV、粗糙度系数ZR、齿面硬化系数ZW，对于接触疲劳应力σH进行修正，公式如式(1)所示，对于弯曲疲劳应力引入系数相对齿根表面状况系数进行修正，公式如式(2)所示：σH′＝σHZLZVZRZW(1)σF′＝σFYRrelT(2)根据上述分析从而建立了齿轮传递转矩和应力的对应比例关系，将齿轮工作传递转矩和对应的转速按照时域对标，将传递转矩的均值进行8级等分，将对应的转速信号提取出来，再将转速信号8级等分，从而得到任意齿根弯曲疲劳和齿面接触疲劳应力区间下任意转速区间所对应的工作时间；齿轮每旋转一周对应的轮齿啮合一次，也就意味着应力循环一次，按照式(3)计算对应的循环次数；Nij＝60bjgtiji,j＝1,2,.....8(3)式中，Nij表示第i级载荷、第j级转速下的循环次数，bj表示第j级齿轮转速，gtij表示在第i级载荷、第j级转速下的齿轮的工作时间；步骤2.2将实际的轴向和径向载荷等效为一假想的当量动载荷P来处理，在当量动载荷作用下，轴承的工作寿命与在实际工作载荷下的寿命相等，根据轴系的受力特点，计算受到的等效载荷如式(4)所示：P＝XFr+YFa(4)式中，Fr表示轴承所承受的径向载荷；Fa表示轴承所承受的轴向载荷；X，Y表示径向载荷系数和轴向载荷系数；提取对应的转速，将不同转速区间和对应的等效均值载荷进行8级分级处理，得到轴承工作的载荷谱；轴承寿命的计算公式按照下式(5)所示：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金乐，王成，邹天刚，郭静，毛飞鸿，黄宏游，杨阳，钟薇，侯威，张晓萍，
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