一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法技术

本发明专利技术公开一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法，采用Adams和Ansys相结合的方法，获得大型螺旋锥齿轮的预测寿命。在Adams中进行动力学仿真，模拟大型螺旋锥齿轮常见的工况，获得相应的载荷情况，在ansys中进行单位力分析，获得单位力作用下应力情况。将载荷谱和有限元分析情况一起载入ansys ncode模块，计算出大型螺旋锥齿轮的寿命，为制造生产提供可靠性依据，预测方法方便快捷，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及齿轮可靠度预测
，尤其涉及一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法。

技术介绍

[0002]大型螺旋锥齿轮是一种可以按稳定传动比平稳、低噪音传动的传动零件。在各类机械传动中，螺旋锥齿轮的传动效率位于前列，对各类传动尤其是大功率传动具有很大的经济效益。但它经过长期的工作，会产生一定的磨损和破坏。齿轮常见的失效形式包括齿面点蚀和齿根弯曲疲劳等。随着表面加工技术的飞速发展，齿轮齿面的抗点蚀能力显著增强，所以螺旋锥齿轮的主要失效形式为齿根疲劳弯曲。一旦齿轮失效，会导致工作的非正常进行，从而影响生产效率，产生经济损失。因此，研究螺旋锥齿轮的寿命具有十分重要的工程意义，然而传统的试验测试方法时间长、成本高，采用软件仿真方法能准确、方便的得到螺旋锥齿轮的疲劳寿命。

技术实现思路

[0003]为克服现有技术中的不足，本专利技术的目的在于提供一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法，为制造生产提供可靠性依据。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法，其包括以下步骤：
[0006]1)根据从动螺旋锥齿轮参数，运用三维建模软件建立主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型；
[0007]2)将主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型通过啮合约束组装成装配体，导入多体动力学Adams软件中，设置相关动力分析的参数，通过仿真求得主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮之间接触的X，Y，Z三个方向力，X，Y，Z三个方向力的载荷谱以Dac文件形式导出；
[0008]3)将主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型装配体导入ANSYS Workbench中，对单个齿进行单位静载荷分析，设置从动螺旋锥齿轮的材料参数后进行网格划分，对从动螺旋锥齿轮施加约束，然后在从动螺旋锥齿轮的单个齿上分别施加X，Y，Z三个方向单位静载荷进行静力学分析，分别得到X，Y，Z三个方向的应力结果；
[0009]4)在Ansys workbench中建立nCode DesignLife模块，将上述X，Y，Z三个方向的应力结果引入模块中；进入nCode DesignLife界面，将Adams软件求得的X，Y，Z三个方向力的载荷谱加载到时间序列图，以获得齿轮材料的S
‑
N曲线；
[0010]5)进入Advanced Edit中，将求解器中的SNMethod更改为standard，CombainationMethod更改为VonMises应力，使用Goodman做平均应力修正，其他采取默认设置，获得分析流程图，求解即可获得相应从动螺旋锥齿轮损伤情况及从动螺旋锥齿轮单齿的最低疲劳寿命循环次数N
从
；
[0011]6)对从动螺旋锥齿轮的轮齿寿命进行修正：在Adams软件中，载荷谱是齿轮啮合旋转一个周期所获得的，而在ncode中仅对单齿施加一个周期的载荷，则从动螺旋锥齿轮的总寿命N
从总
＝齿数
×
N
从
；
[0012]7)重复步骤3)
‑
6)，将分析对象从动螺旋锥齿轮替换为主动螺旋锥齿轮，得到主动螺旋锥齿轮的总寿命N
主总
，取N
从总
和N
主总
的较小值作为螺旋锥齿轮的疲劳寿命。
[0013]进一步的，所述步骤2)中，设置相关动力分析的参数包括：
[0014]设置主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的材料参数；
[0015]对主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的旋转中心添加旋转副，对主动螺旋锥齿轮添加转速，对从动螺旋锥齿轮施加负载；其中，利用step阶跃函数对主动螺旋锥齿轮施加渐变转速。
[0016]本专利技术具有以下有益技术效果：采用Adams和Ansys相结合的方法，获得大型螺旋锥齿轮的预测寿命。在Adams中进行动力学仿真，模拟大型螺旋锥齿轮常见的工况，获得相应的载荷情况，在ansys中进行单位力分析，获得单位力作用下应力情况。将载荷谱和有限元分析情况一起载入ansys ncode模块，计算出大型螺旋锥齿轮的寿命，为制造生产提供可靠性依据，预测方法方便快捷，成本低。
附图说明
[0017]以下结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明；
[0018]图1为主动螺旋锥齿轮的三维模型图；
[0019]图2为从动螺旋锥齿轮的三维模型图；
[0020]图3为主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮三维模型的装配图；
[0021]图4为X向力载荷谱图；
[0022]图5为Y向力载荷谱图；
[0023]图6为Z向力载荷谱图；
[0024]图7为X方向单位静载荷施加图；
[0025]图8为X方向应力云图；
[0026]图9为三向力载荷谱文件加载到时间序列图中的示意图；
[0027]图10为从动螺旋锥齿轮材料的S
‑
N曲线图；
[0028]图11为求解器的设置页面图；
[0029]图12为nCode DesignLife分析流程图；
[0030]图13为从动螺旋锥齿轮损伤图；
[0031]图14为从动螺旋锥齿轮寿命图；
[0032]图15为主动螺旋锥齿轮损伤图；
[0033]图16为主动螺旋锥齿轮寿命图。
具体实施方式
[0034]本专利技术一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法，其包括以下步骤：
[0035]1)运用三维建模软件Solidworks插件“今日制造”并根据表1中提供的齿轮参数建立齿轮三维模型，如图1
‑
2。
[0036]表1螺旋锥齿轮主要参数
[0037][0038]2)将主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型通过啮合约束组装成装配体，导入多体动力学Adams软件中。在Adams软件中主要模拟大型从动螺旋锥齿轮的实际工况，从而输出准确的载荷谱，为进行下一步做准备。主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮采用的材料为20CrMnTi，材料参数经查阅相关材料可知：密度为7830kg/m3、弹性模量E为2.07E11、泊松比为0.25、屈服强度为835Mpa、抗拉强度1080Mpa。对齿轮赋予材料属性，构件之间添加运动副：从动螺旋锥齿轮与旋转中心、主动螺旋锥齿轮与旋转中心之间添加旋转副，从动螺旋锥齿轮与主动螺旋锥齿轮之间添加接触力，施加转速为1260
°
/s，为使施加在齿轮上的转速不出现突变，利用step函数施加渐变转速，即step(time,0,0d*time,0.1,1260d*time)，以实际工况施加负载扭矩2.2E7N
·
mm。如图3所示，通过仿真求得主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮之间接触的X，Y，Z三个方向力，X，Y，Z三个方向力载荷谱以Dac文件形式导出，如图4、5、6所示。
[0039]3)运用Ans本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型螺旋锥齿轮的疲劳寿命预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）根据从动螺旋锥齿轮参数，运用三维建模软件建立主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型；2）将主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型通过啮合约束组装成装配体，导入多体动力学Adams软件中，设置相关动力分析的参数，通过仿真求得主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮之间接触的X，Y，Z三个方向力，X，Y，Z三个方向力的载荷谱以Dac文件形式导出；3）将主动螺旋锥齿轮和从动螺旋锥齿轮的三维模型装配体导入ANSYS Workbench中，对单个齿进行单位静载荷分析，设置从动螺旋锥齿轮的材料参数后进行网格划分，对从动螺旋锥齿轮施加约束，然后在从动螺旋锥齿轮的单个齿上分别施加X，Y，Z三个方向单位静载荷进行静力学分析，分别得到X，Y，Z三个方向的应力结果；4）在Ansys workbench中建立nCode DesignLife模块，将上述X，Y，Z三个方向的应力结果引入模块中；进入nCode DesignLife界面，将Adams软件求得的X，Y，Z三个方向力的载荷谱加载到时间序列图，以获得齿轮材料的S
‑
N曲线；5）进入Advanced Edit中，将求解器中的SNMethod更改为standard，Comba...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌静秀，邵家诚，赵振伟，李杨，赵健，柳世鸣，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：