齿轮弯曲疲劳寿命预测方法及装置与流程

本发明涉及技术齿轮弯曲疲劳寿命预测技术领域，特别涉及一种齿轮弯曲疲劳寿命预测方法及装置。

背景技术：

齿轮是传动系统的关键部件，轮齿弯曲疲劳造成的齿轮折断是齿轮最普遍的一种失效模式。明确齿轮真实应力分布，预测齿轮弯曲载荷下工作寿命，已成为齿轮抗疲劳设计的重要依据。

传统预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法是依据大量齿轮弯曲疲劳试验获得齿轮S-N曲线，在其基础上进行强度计算设计，进而预测齿轮的弯曲疲劳寿命。然而这种传统方法并未考虑表面加工状况、齿轮结构的几何特征、应力梯度和平均应力等因素的影响。很难准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命，不能揭示齿轮弯曲疲劳失效的机理，此外这种预测方法主要建立在大量试验的基础上，成本较高且周期较长。

技术实现要素：

本发明提供一种齿轮弯曲疲劳寿命预测方法及装置，以准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法，减小对齿轮材料、结构尺寸、工艺参数、试验量等因素的依赖性。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种齿轮弯曲疲劳寿命预测方法，该齿轮弯曲疲劳寿命预测方法包括：

基于表面粗糙度建立疲劳极限的修正模型，并根据所述修正模型对材料的疲劳极限进行修正，得到修正后疲劳极限；

根据门槛应力强度因子幅度及所述修正后疲劳极限确定门槛裂纹长度；

创建疲劳裂纹尺寸萌生模型，并基于所述疲劳裂纹尺寸萌生模型预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命；

基于线弹性断裂力学准则预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命；

根据所述齿轮疲劳裂纹萌生寿命和齿轮疲劳裂纹扩展寿命，建立齿轮弯曲疲劳计算模型，计算齿轮弯曲疲劳寿命。

一实施例中，该齿轮弯曲疲劳寿命预测方法还包括：

步骤1：根据包含模数、齿数、压力角的齿轮基本参数绘制齿轮齿根二维几何模型；

步骤2：基于所述齿轮齿根二维几何模型，划分网格，施加边界约束，确定承载工况，建立齿轮齿根二维有限元模型；

步骤3：确定平面应变下裂纹尖端处张开型应力强度因子及滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系；

步骤4：根据所述拟合函数关系建立平面应变下裂纹尖端复合应力强度因子方程；

步骤5：基于所述齿轮齿根二维有限元模型建立裂纹扩展角计算模型和裂纹扩展增量计算模型，并预测裂纹扩展路径。

一实施例中，所述创建疲劳裂纹尺寸萌生模型，并基于所述疲劳裂纹尺寸萌生模型预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命，包括：

根据应力梯度下的裂纹萌生模型，建立齿轮局部应力分布关系；

基于所述齿轮局部应力分布关系，确定作用在裂纹上的平均应力范围；

根据所述平均应力范围建立所述疲劳裂纹尺寸萌生模型；

根据所述疲劳裂纹尺寸萌生模型、修正后疲劳极限及门槛裂纹长度建立裂纹萌生寿命预测模型；

基于所述裂纹萌生寿命预测模型计算齿轮疲劳裂纹萌生寿命。

一实施例中，所述基于线弹性断裂力学准则预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命，包括：

根据应力强度因子范围计算模型计算应力强度因子范围；

根据门槛应力强度因子及断裂韧度求解裂纹扩展应力强度因子范围；

基于平均应力对长裂纹扩展的影响，建立裂纹扩展速率修正Paris公式；

基于修正后的所述Paris公式、门槛裂纹长度、临界裂纹尺寸建立齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型；

根据所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型计算所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命。

一实施例中，所述基于所述齿轮齿根二维有限元模型建立裂纹扩展角计算模型和裂纹扩展增量计算模型，并预测裂纹扩展路径，包括：

基于最大切向应力准则，建立裂纹扩展角计算模型；

根据所述应力强度因子范围及修正后的所述Paris公式建立裂纹扩展增量计算模型；

重复执行上述步骤3至步骤5，直至应力强度因子达到临界应力强度因子；

基于应力强度因子达到临界应力强度因子过程中所得到的裂纹扩展角及裂纹扩展增量预测试件发生失效时的裂纹扩展路径。

为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种齿轮弯曲疲劳寿命预测装置，该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置包括：

疲劳极限修正单元，用于基于表面粗糙度建立疲劳极限的修正模型，并根据所述修正模型对材料的疲劳极限进行修正，得到修正后疲劳极限；

门槛裂纹长度确定单元，用于根据门槛应力强度因子幅度及所述修正后疲劳极限确定门槛裂纹长度；

裂纹萌生寿命预测单元，用于创建疲劳裂纹尺寸萌生模型，并基于所述疲劳裂纹尺寸萌生模型预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命；

裂纹扩展寿命预测单元，用于基于线弹性断裂力学准则预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命；

齿轮弯曲疲劳寿命计算单元，用于根据所述齿轮疲劳裂纹萌生寿命和齿轮疲劳裂纹扩展寿命，建立齿轮弯曲疲劳计算模型，计算齿轮弯曲疲劳寿命。

一实施例中，该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置还包括：

几何模型绘制单元，用于根据包含模数、齿数、压力角的齿轮基本参数绘制齿轮齿根二维几何模型；

有限元模型创建单元，用于基于所述齿轮齿根二维几何模型，划分网格，施加边界约束，确定承载工况，建立齿轮齿根二维有限元模型；

拟合函数关系确定单元，用于确定平面应变下裂纹尖端处张开型应力强度因子及滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系；

应力强度方程建立单元，用于根据所述拟合函数关系建立平面应变下裂纹尖端复合应力强度因子方程；

裂纹扩展路径预测单元，用于基于所述齿轮齿根二维有限元模型建立裂纹扩展角计算模型和裂纹扩展增量计算模型，并预测裂纹扩展路径。

一实施例中，所述裂纹萌生寿命预测单元包括：

应力分布建立模块，用于根据应力梯度下的裂纹萌生模型，建立齿轮局部应力分布关系；

平均应力范围确定模块，用于基于所述齿轮局部应力分布关系，确定作用在裂纹上的平均应力范围；

裂纹尺寸萌生模型创建模块，用于根据所述平均应力范围建立所述疲劳裂纹尺寸萌生模型；

裂纹萌生寿命预测模型创建模块，用于根据所述疲劳裂纹尺寸萌生模型、修正后疲劳极限及门槛裂纹长度建立裂纹萌生寿命预测模型；

裂纹萌生寿命预测模块，用于基于所述裂纹萌生寿命预测模型计算齿轮疲劳裂纹萌生寿命。

一实施例中，所述裂纹扩展寿命预测单元包括：

应力强度因子范围计算模块，用于根据应力强度因子范围计算模型计算应力强度因子范围；

裂纹扩展应力强度因子范围计算模块，用于根据门槛应力强度因子及断裂韧度求解裂纹扩展应力强度因子范围；

公式修正模块，用于基于平均应力对长裂纹扩展的影响，建立裂纹扩展速率修正Paris公式；

齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型创建模块，用于基于修正后的所述Paris公式、门槛裂纹长度、临界裂纹尺寸建立齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型；

齿轮疲劳裂纹扩展寿命计算模块，用于根据所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型计算所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命。

一实施例中，所述裂纹扩展路径预测单元包括：

裂纹扩展角计算模块，用于基于最大切向应力准则，建立裂纹扩展角计算模型；

裂纹扩展增量计算模块，用于根据所述应力强度因子范围及修正后的所述Paris公式建立裂纹扩展增量计算模型；

裂纹扩展路径预测模块，用于基于应力强度因子达到临界应力强度因子过程中所得到的裂纹扩展角及裂纹扩展增量预测试件发生失效时的裂纹扩展路径。

本发明基于裂纹萌生和扩展机理，虑及表面加工状况、结构几何特征，应力梯度以及平均应力的影响，建立了裂纹萌生寿命和扩展寿命计算模型，简化齿轮工作寿命预测流程，可以方便快捷并且准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法，大大减少了试验成本，并且减小了对齿轮材料、结构尺寸、工艺参数、试验量等因素的依赖性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的齿轮弯曲疲劳寿命预测方法流程图；

图2为本发明实施例预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命的方法流程图；

图3为本发明实施例预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命的方法流程图；

图4为本发明实施例的裂纹扩展路径预测方法流程图；

图5为本实施例的齿轮弯曲疲劳寿命预测装置的结构框图一；

图6为本实施例的裂纹萌生寿命预测单元的结构框图；

图7为本实施例的裂纹扩展寿命预测单元的结构框图；

图8为本实施例的齿轮弯曲疲劳寿命预测装置的结构框图二；

图9本实施例的裂纹扩展路径预测单元单元的结构框图；

图10为本发明实施例的齿轮齿根二维有限元模型示意图；

图11为本发明实施例的表面粗糙度R_a、抗拉强度R_m与表面光洁度修正系数k_s函数关系图；

图12为本发明实施例的裂纹尖端奇异节点位移模型；

图13为本发明实施例的平面应变下裂纹尖端处张开型和滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系图；

图14为本发明实施例的平面应变下裂纹尖端处复合应力强度因子与节点位移的拟合函数关系图；

图15为本发明实施例的预测裂纹扩展路径示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例的齿轮弯曲疲劳寿命预测方法流程图，如图1所示，该齿轮弯曲疲劳寿命预测方法包括：

S101：基于表面粗糙度建立疲劳极限的修正模型，并根据所述修正模型对材料的疲劳极限进行修正，得到修正后疲劳极限；

S102：根据门槛应力强度因子幅度及所述修正后疲劳极限确定门槛裂纹长度；

S103：创建疲劳裂纹尺寸萌生模型，并基于所述疲劳裂纹尺寸萌生模型预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命；

S104：基于线弹性断裂力学准则预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命；

S105：根据所述齿轮疲劳裂纹萌生寿命和齿轮疲劳裂纹扩展寿命，建立齿轮弯曲疲劳计算模型，计算齿轮弯曲疲劳寿命。

由图1所示的流程可知，本实施例首先对疲劳极限进行修正，然后根据门槛应力强度因子幅度及修正后疲劳极限确定门槛裂纹长度，然后预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命及齿轮疲劳裂纹扩展寿命，最后基于预测对齿轮疲劳裂纹萌生寿命及齿轮疲劳裂纹扩展寿命，计算齿轮弯曲疲劳寿命。利用该方法，可以方便快捷并且准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法，大大减少了试验成本。

S101中，疲劳极限修正模型如下：

σ_fr＝k_s·σ_f (1)

公式(1)中，σ_fr是修正后疲劳极限，σ_f是疲劳极限，k_s是表面系数。

根据公式(1)所示的疲劳极限修正模型对材料的疲劳极限进行修正，即可得到修正后疲劳极限σ_fr。

一实施例中，疲劳极限σ_f＝650MPa，抗拉极限R_m＝1080MPa，粗糙度R_a＝6.4，基于表面粗糙度R_a、抗拉强度R_m与表面系数k_s函数关系，如图11，得到此实施例的表面光洁度参数k_s＝0.65，据此可由(1)式得到修正后疲劳强度σ_fr＝423MPa。

S102具体实施时，需要根据门槛应力强度因子范围ΔK_th及修正后疲劳极限σ_fr建立门槛裂纹长度a_th的求解方程：

根据门槛应力强度因子幅度ΔK_th＝237MPa√mm和S101得到的真实疲劳极限σ_fr＝423MPa,通过(2)式计算出门槛裂纹长度a_th＝0.1mm。

S103具体实施时，如图2所示，包括如下步骤：

S201：根据应力梯度下的裂纹萌生模型，建立齿轮局部应力分布关系：

公式(3)中，σ是齿根局部应力，ρ是齿根半径，k_t是缺口弹性应力集中因子，Δσ是应力范围，x是裂纹尖端与齿面距离。

S202：基于齿轮局部应力分布关系，确定作用在裂纹上的平均应力范围。平均应力范围的计算公式如下：

公式(4)中，a为裂纹长度。

积分可得：

根据二项式定理：

(5)式进一步简化为：

S203：根据所述平均应力范围建立所述疲劳裂纹尺寸萌生模型：

公式(8)中，α是萌生指数，M是Taylor因数，μ剪切模量，υ是泊松比，h是滑移带宽度，d是材料颗粒尺寸，常数λ一般取0.005。

S204：根据所述疲劳裂纹尺寸萌生模型、修正后疲劳极限及门槛裂纹长度建立裂纹萌生寿命预测模型。

将(6)式代入(7)式，基于修正后疲劳极限σ_fr和上述确定的门槛裂纹长度a_th，建立裂纹萌生寿命预测模型：

S205：基于所述裂纹萌生寿命预测模型计算齿轮疲劳裂纹萌生寿命。

根据下述公式确定裂纹萌生寿命N_i：

一实施例中，选取参数ρ＝0.25mm，α＝0.5，μ＝7.76×10⁴MPa、h＝1.5×10^-3μm、λ＝0.005、d＝1μm、k_t＝5、Δσ＝609MPa。

基于S101中σ_fr＝423MPa和S102中a_th＝0.1mm，根据(10)式可以求得裂纹萌生寿命N_i＝2.327×10⁶。

S104具体实施时，如图3所示，包括如下步骤：

S301：根据应力强度因子范围计算模型计算应力强度因子范围；

应力强度因子范围计算模型如下：

ΔK＝K_max-K_min (11)

公式(11)中，ΔK为应力强度因子范围，K_max为最大应力强度因子，K_min为最小应力强度因子。

S302：根据门槛应力强度因子及断裂韧度求解裂纹扩展应力强度因子范围。

具体地，首先根据材料属性的门槛应力强度因子K_th和断裂韧度K_c，求解裂纹扩展应力强度因子范围ΔK_p：

ΔK_p＝K_c-K_th (12)

然后求解应力比R：

公式(13)中，σ_min为最小应力，σ_max为最大应力，σ_m为平均应力，σ_a为应力幅值。

基于Paris公式：

其中，C和m是材料参数。

S303：基于平均应力对长裂纹扩展的影响，建立裂纹扩展速率修正Paris公式。

考虑到平均应力对长裂纹扩展的影响，可以建立裂纹扩展速率修正Paris公式：

S304：基于修正后的所述Paris公式、门槛裂纹长度、临界裂纹尺寸建立齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型。

根据上述求得的门槛裂纹长度a_th以及材料的临界裂纹长度a_c，建立裂纹扩展阶段寿命N_p计算模型：

S305：根据所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型计算所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命。

具体实施为，门槛应力强度因子K_th≈269MPa√mm，断裂韧度K_c＝2620MPa√mm。可由(12)式求解应力强度因子范围ΔK_p＝2351MPa√mm。

根据上述(13)式可以求解应力比R＝0。

选取材料参数C＝3.31×10^-17mm/cycl/(MPa√mm)^m，m＝4.16，临界裂纹长度a_c＝8.6mm以及S102中a_th＝0.1mm。根据上述(16)式求解裂纹扩展寿命N_p＝4.372×10⁵。

在图1所示方法基础上，本发明还可以预测裂纹扩展路径，图4为本实施例的裂纹扩展路径预测流程图，如图4所示，裂纹扩展路径预测方法包括：

S401：根据包含模数、齿数、压力角的齿轮基本参数绘制齿轮齿根二维几何模型。

一实施例中，模数m_n＝4.5mm、齿数z＝39、压力角α_n＝24°。网格单元为自由三角形网格，单元采用四节点双线性平面应力单元(GPS4R)。在此实施例中，边界约束为齿根下边界和两侧边界固定、加载载荷为F＝1000N/mm，如图10所示。

S402：基于所述齿轮齿根二维几何模型，划分网格，施加边界约束，确定承载工况，建立齿轮齿根二维有限元模型。

本实施例中，齿轮材料为高强度合金钢42CrMo4,表面处理为完全硬化热处理，其材料参数包括：弹性模量E＝2.1×10⁵MPa、泊松比υ＝0.3。

S403：确定平面应变下裂纹尖端处张开型应力强度因子及滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系。

基于S402建立的二维有限元模型，根据裂纹尖端1/4奇异节点位移模型，分别求解张开型应力强度因子K_Ⅰ和滑开型应力强度因子K_Ⅱ，确定平面应变下裂纹尖端处应力强度因子K_Ⅰ、K_Ⅱ与节点位移的拟合函数关系：

其中，G是材料的剪切模量，υ是泊松比，L是有限元网格长度，v、u是b、c、d、e四个节点分别是法向和切向上的位移。

S404：根据所述拟合函数关系建立平面应变下裂纹尖端复合应力强度因子方程。

建立平面应变下裂纹尖端复合应力强度因子方程：

一实施例中，建立的裂纹尖端1/4奇异节点位移模型，如图12所示。基于(17)式求解张开型和滑开型应力强度因子，分别建立张开型和滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系，如图13所示。

基于(18)式建立的平面应变下裂纹尖端处应力强度因子与节点位移的拟合函数关系如图14所示。

S405：基于所述齿轮齿根二维有限元模型建立裂纹扩展角计算模型和裂纹扩展增量计算模型，并预测裂纹扩展路径。

基于最大切向应力准则，建立裂纹扩展角计算模型：

根据所述应力强度因子范围ΔK及修正后的所述Paris公式建立裂纹扩展增量计算模型：

其中，ΔN是裂纹扩展增量Δa所需的循环次数，ΔK为裂纹扩展增量Δa对应的应力强度因子范围。

重复执行S403至S405，直至应力强度因子K达到临界应力强度因子K_c，此时发生失效，基于应力强度因子达到临界应力强度因子过程中所得到的裂纹扩展角及裂纹扩展增量预测试件发生失效时的裂纹扩展路径。从而预测裂纹扩展路径，如图15所示。

S105中，根据公式(10)及公式(16)，就可以计算出齿轮弯曲疲劳寿命：

基于上述得到的裂纹萌生寿命N_i＝2.327×10⁶和裂纹扩展寿命N_p＝4.372×10⁵，根据上述(21)式，可以得到齿轮弯曲疲劳寿命N＝2.7642×10⁶。

本发明基于裂纹萌生和扩展机理，虑及表面加工状况、结构几何特征，应力梯度以及平均应力的影响，建立了裂纹萌生寿命和扩展寿命计算模型，简化齿轮工作寿命预测流程，可以方便快捷并且准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法，大大减少了试验成本，并且减小了对齿轮材料、结构尺寸、工艺参数、试验量等因素的依赖性。

基于与上述齿轮弯曲疲劳寿命预测方法相同的发明构思，本申请提供一种齿轮弯曲疲劳寿命预测装置，如下面实施例所述。由于该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置解决问题的原理与齿轮弯曲疲劳寿命预测方法相似，因此该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置终端的实施可以参见齿轮弯曲疲劳寿命预测方法的实施，重复之处不再赘述。

图5为本实施例的齿轮弯曲疲劳寿命预测装置的结构框图，该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置包括：疲劳极限修正单元501，门槛裂纹长度确定单元502，裂纹萌生寿命预测单元503，裂纹扩展寿命预测单元504及齿轮弯曲疲劳寿命计算单元505。

疲劳极限修正单元501基于表面粗糙度建立疲劳极限的修正模型，并根据所述修正模型对材料的疲劳极限进行修正，得到修正后疲劳极限；

门槛裂纹长度确定单元502，用于根据门槛应力强度因子幅度及所述修正后疲劳极限确定门槛裂纹长度；

裂纹萌生寿命预测单元503，用于创建疲劳裂纹尺寸萌生模型，并基于所述疲劳裂纹尺寸萌生模型预测齿轮疲劳裂纹萌生寿命；

裂纹扩展寿命预测单元504，用于基于线弹性断裂力学准则预测齿轮疲劳裂纹扩展寿命；

齿轮弯曲疲劳寿命计算单元505，用于根据所述齿轮疲劳裂纹萌生寿命和齿轮疲劳裂纹扩展寿命，建立齿轮弯曲疲劳计算模型，计算齿轮弯曲疲劳寿命。

一实施例中，如图6所示，裂纹萌生寿命预测单元503包括：

应力分布建立模块601，用于根据应力梯度下的裂纹萌生模型，建立齿轮局部应力分布关系；

平均应力范围确定模块602，503用于基于所述齿轮局部应力分布关系，确定作用在裂纹上的平均应力范围；

裂纹尺寸萌生模型创建模块603，用于根据所述平均应力范围建立所述疲劳裂纹尺寸萌生模型；

裂纹萌生寿命预测模型创建模块604，用于根据所述疲劳裂纹尺寸萌生模型、修正后疲劳极限及门槛裂纹长度建立裂纹萌生寿命预测模型；

裂纹萌生寿命预测模块605，用于基于所述裂纹萌生寿命预测模型计算齿轮疲劳裂纹萌生寿命。

一实施例中，如图7所示，裂纹扩展寿命预测单元504包括：

应力强度因子范围计算模块701，用于根据应力强度因子范围计算模型计算应力强度因子范围；

裂纹扩展应力强度因子范围计算模块702，用于根据门槛应力强度因子及断裂韧度求解裂纹扩展应力强度因子范围；

公式修正模块703，用于基于平均应力对长裂纹扩展的影响，建立裂纹扩展速率修正Paris公式；

齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型创建模块704，用于基于修正后的所述Paris公式、门槛裂纹长度、临界裂纹尺寸建立齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型；

齿轮疲劳裂纹扩展寿命计算模块705，用于根据所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命模型计算所述齿轮疲劳裂纹扩展寿命。

一实施例中，如图8所示，该齿轮弯曲疲劳寿命预测装置还包括：

几何模型绘制单元801，用于根据包含模数、齿数、压力角的齿轮基本参数绘制齿轮齿根二维几何模型；

有限元模型创建单元802，用于基于所述齿轮齿根二维几何模型，划分网格，施加边界约束，确定承载工况，建立齿轮齿根二维有限元模型。

拟合函数关系确定单元803，用于确定平面应变下裂纹尖端处张开型应力强度因子及滑开型应力强度因子与节点位移的拟合函数关系；

应力强度方程建立单元804，用于根据所述拟合函数关系建立平面应变下裂纹尖端复合应力强度因子方程；

裂纹扩展路径预测单元805，用于基于所述齿轮齿根二维有限元模型建立裂纹扩展角计算模型和裂纹扩展增量计算模型，并预测裂纹扩展路径。

一实施例中，如图9所示，裂纹扩展路径预测单元805包括：

裂纹扩展角计算模块901，用于基于最大切向应力准则，建立裂纹扩展角计算模型；

裂纹扩展增量计算模块902，用于根据所述应力强度因子范围及修正后的所述Paris公式建立裂纹扩展增量计算模型；

裂纹扩展路径预测模块903，用于基于应力强度因子达到临界应力强度因子过程中所得到的裂纹扩展角及裂纹扩展增量预测试件发生失效时的裂纹扩展路径。

本发明基于裂纹萌生和扩展机理，虑及表面加工状况、结构几何特征，应力梯度以及平均应力的影响，建立了裂纹萌生寿命和扩展寿命计算模型，简化齿轮工作寿命预测流程，可以方便快捷并且准确地预测齿轮弯曲疲劳寿命的方法，大大减少了试验成本，并且减小了对齿轮材料、结构尺寸、工艺参数、试验量等因素的依赖性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。