基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，包括以下步骤：S1、建立失效机理模型；S2、确定齿轮系统的性能参数p和性能参数阀值pth，获得性能裕量模型；S3、判断性能参数p和性能参数阀值pth服从的分布类型，并执行S4、S5和S6，选择相应地齿轮系统确信可靠度表达式；S4、性能参数p和性能参数阀值pth都是不确定变量下的齿轮系统确信可靠度表达式；S5、性能参数p是随机变量，性能参数阀值pth是不确定变量下的齿轮系统确信可靠度表达式；S6、性能参数p是不确定变量，性能参数阀值pth是随机变量下的齿轮系统确信可靠度表达式；S7、计算齿轮系统确信可靠度。通过本方法计算了不同失效模式下的确信可靠度，并进行了参数的灵敏度分析，对齿轮可靠性的提高有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法
本专利技术属于机械产品的可靠性优化设计领域，具体涉及一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法。
技术介绍
对于不同类型的机械产品，齿轮传动往往是其中非常重要的一环。齿轮系统的结构较为复杂，使用过程中的工况多变，因此齿轮的可靠性分析会受到很多因素的影响。现行的齿轮的可靠度计算中，通常将齿轮的设计变量、载荷与应力等影响因素，以及强度看成服从正态分布或威布尔分布的随机变量，再应用极限状态方程建立齿轮的可靠性物理模型，从而计算齿轮可靠度。这些方法只考虑了参数的随机不确定性对可靠性的影响，并以数据作为基础，利用统计的方法建立可靠性模型。然而在实际的应用过程中，除了随机不确定性，齿轮系统的可靠性还认知不确定性的影响。认知不确定性是由于人们对于知识的缺乏而导致的一种不确定性，如在数据不足时决定参数分布时面临的不确定性就是认知不确定性。1990年，ApostolakisG教授在《科学》上指出除了随机不确定性以外，认知不确定性也会对模型产生影响。接着渐渐发展出了众多考虑认知不确定性的可靠性分析方法，如基于可能性度量、基于信度，似然度度量、基于区间度量，以及基于置信因子度量的可靠性分析方法。然而这些方法在计算齿轮系统可靠度时，都有各自的不足，如可靠性指标衰减的速度过快、没有合适的数学体系进行定量计算等。为了解决这些问题，曾志国提出了确信可靠度的概念。确信可靠度将不确定理论和机会理论作为理论基础，考虑了影响齿轮系统可靠性的随机不确定性和认知不确定性。2010年，Liu首次应用不确定理论对布尔齿轮系统的可靠性进行分析，接着Zeng在2013年首次提出了确信可靠度，之后初步给出了确信可靠度的度量标准体系。Wen和Kang在2015年首次将机会理论应用于确信可靠度分析。之后Zhang进一步扩充了确信可靠度的定义，使其理论内涵囊括了概率论与不确定理论。在确信可靠度定量计算方面，Zeng提出了一种基于最小割集的独立元件构成的齿轮系统的确信可靠度计算方法。Zu提出了一种利用最大熵原理获取确信可靠度分布的方法。Zhang基于性能边界的概念得到了不同情况下齿轮系统确信可靠度的计算表达式。确信可靠度更加适用于实际工程中的可靠度计算，尤其是在没有大量可靠性数据的情况下，或者可靠性数据很难获得的情况下，可以基于经验计算齿轮系统的确信可靠度，从而对产品进行可靠性设计与优化。
技术实现思路
针对以上情况，本专利技术提供一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，通过将齿轮的部分设计参数和影响因素描述为不确定分布来考虑认知不确定性，定量的计算了齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳下的确信可靠度，同时进行了参数的灵敏度分析，并将确信可靠度与未考虑参数认知不确定性的可靠度进行比较，阐明了认知不确定性对齿轮可靠性的影响，对齿轮可靠性的提高有重要意义。本专利技术提供一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，包括以下步骤：S1、建立不同失效模式下的失效机理模型；S2、确定齿轮系统的性能参数p和性能参数阀值pth，获得性能裕量模型，根据性能裕量模型判断齿轮系统失效类型，所述齿轮系统失效类型包括望小失效和望大失效；S3、判断性能参数p和性能参数阀值pth服从的分布类型，如果性能参数p和性能参数阀值pth都是不确定变量，且分别服从不确定分布Φ(x)和Ψ(x)，则进行步骤S4，如果性能参数p是随机变量且服从概率分布Φ(x)，性能参数阀值pth是不确定变量且服从不确定分布Ψ(x)，则执行步骤S5，如果性能参数p是不确定变量且服从不确定分布Φ(x)，性能参数阀值pth是随机变量且服从概率分布Ψ(x)，则执行步骤S6；S4、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为并执行步骤S7；S5、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为并执行步骤S7；S6、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为以及S7、根据不同分布类型下的确信可靠度表达式，计算齿轮系统的确信可靠度。进一步地，所述齿轮系统确信可靠度计算包括以下步骤：S71、判断性能参数p或性能参数阀值pth服从不确定分布时受到的参数影响类型，如果性能参数p或性能参数阈值pth受到多参数影响，则进行步骤S72，如果性能参数p或性能参数阈值pth受到单参数影响，则执行步骤S73；S72、判断性能参数p或性能参数阈值pth是否可以应用不确定理论中的运算法则获得不确定分布的解析解，如果可以获得解析解，则进行步骤S73，如果不可以获得解析解，则执行步骤S74；S73、根据上述步骤中确定的确信可靠度表达式，计算齿轮系统的确信可靠度，步骤执行结束；S74、根据上述步骤中确定的确信可靠度表达式，利用数值积分算法计算齿轮系统的确信可靠度。进一步地，所述步骤S74数值积分算法包括以下步骤：S741、求得性能参数p或性能参数阈值pth的反函数表达式；S742、对自变量进行区间上的离散化，并获得相应的反函数值；S743、求得性能参数p或性能参数阀值pth的概率分布表达式；以及S744、将离散后的反函数值带入步骤S743确定的概率分布表达式中，根据确信可靠度表达式，计算齿轮系统的确信可靠度。优选地，所述失效模式包括齿面接触疲劳和齿根接触疲劳。优选地，当性能参数阀值pth是常数且齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为RB＝Φ(pth)，如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为RB＝1-Φ(pth)。本专利技术提供一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，通过将齿轮的部分设计参数和影响因素描述为不确定分布来考虑认知不确定性，定量的计算了齿面接触疲劳和齿根弯曲疲劳下的确信可靠度，同时进行了参数的灵敏度分析，并将确信可靠度与未考虑参数认知不确定性的可靠度进行比较，阐明了认知不确定性对齿轮可靠性的影响，这有利于提高齿轮的可靠性。附图说明图1为本专利技术齿轮可靠性分析方法的流程图；图2为本专利技术齿轮可靠性分析方法的齿轮系统确信可靠度计算流程图；图3为本专利技术齿轮可靠性分析方法的数值积分算法流程图；图4为本专利技术齿轮系统可靠度随接触应力中ZH的均值μ和标准差α的变化情况示意图；图5为本专利技术齿轮系统可靠度随接触应力中KA的参数a,b的变化情况示意图；图6为本专利技术齿轮系统可靠度随接触疲劳强度中σHLim的均值μ和标准差α的变化情况示意图；图7为本专利技术齿轮系统可靠度随齿根弯曲应力中KA的参数a,b的变化情况示意图；以及图8为本专利技术齿轮系统可靠度随齿根弯曲许用应力中σHLim的均值μ和标准差α的变化情况示意图。具体实施方式为详尽本专利技术之
技术实现思路
、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。本专利技术中，不确定理论包括不确定测度、不确定变量、不确定分布、不确定运算法则和机会理论。本专利技术的不确定测度：设Γ是一个非空集合，L是Γ上的一个ασ代数，则L中的元素Λ被称为事件，将三元组(Γ,L,M)称作一个不确定空间，不确定测度M是L到[0,1]的一个满足以下四条公理的集函数：公理1：对于全集Γ，有M(Γ)＝1；公理2：对于任意事件Λ，有M{Λ}+M{ΛC}＝1；公理3：对于一列可数的事件序列Λ1,Λ2,Λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立不同失效模式下的失效机理模型；S2、确定齿轮系统的性能参数p和性能参数阀值pth，获得性能裕量模型，根据性能裕量模型判断齿轮系统失效类型，所述齿轮系统失效类型包括望小失效和望大失效；S3、判断性能参数p和性能参数阀值pth服从的分布类型，如果性能参数p和性能参数阀值pth都是不确定变量，且分别服从不确定分布Φ(x)和Ψ(x)，则进行步骤S4；如果性能参数p是随机变量且服从概率分布Φ(x)，性能参数阀值pth是不确定变量且服从不确定分布Ψ(x)，则执行步骤S5，如果性能参数p是不确定变量且服从不确定分布Φ(x)，性能参数阀值pth是随机变量且服从概率分布Ψ(x)，则执行步骤S6；S4、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为

【技术特征摘要】
1.一种基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立不同失效模式下的失效机理模型；S2、确定齿轮系统的性能参数p和性能参数阀值pth，获得性能裕量模型，根据性能裕量模型判断齿轮系统失效类型，所述齿轮系统失效类型包括望小失效和望大失效；S3、判断性能参数p和性能参数阀值pth服从的分布类型，如果性能参数p和性能参数阀值pth都是不确定变量，且分别服从不确定分布Φ(x)和Ψ(x)，则进行步骤S4；如果性能参数p是随机变量且服从概率分布Φ(x)，性能参数阀值pth是不确定变量且服从不确定分布Ψ(x)，则执行步骤S5，如果性能参数p是不确定变量且服从不确定分布Φ(x)，性能参数阀值pth是随机变量且服从概率分布Ψ(x)，则执行步骤S6；S4、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为并执行步骤S7；S5、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为并执行步骤S7；S6、如果齿轮系统是望小失效，齿轮系统的确信可靠度为如果齿轮系统是望大失效，则齿轮系统的确信可靠度为以及S7、根据不同分布类型下的确信可靠度表达式，计算齿轮系统的确信可靠度。2.根据权利要求1所述的基于确信可靠度的齿轮可靠性分析方法，其特征在于，所述齿轮系统确信可靠度计算包括以下步骤：S71、判断性能参数p或性能参数阀值pth服从不确定分布时受到的参数影响类...

【专利技术属性】
技术研发人员：于格，林焱辉，康锐，张清源，祖天培，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11