一种基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法与流程

技术特征：

1.一种基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤(1)、研究磨削工艺参数对齿面粗糙度和残余应力的影响规律；

步骤(2)、研究热处理工艺参数对齿面硬度和渗碳深度的影响规律；

步骤(3)、研究齿面粗糙度、残余应力、齿面硬度和渗碳深度与弧齿锥齿轮疲劳接触和疲劳弯曲的强度与应力计算公式中各参数的影响规律；

步骤(4)、得到磨削和处理工艺参数对弧齿锥齿轮疲劳接触和疲劳弯曲的强度与应力计算公式中各参数的影响规律；

步骤(5)、研究热磨削和处理工艺参数的分布规律；

步骤(6)、编制蒙特卡洛法弧齿锥齿轮多失效形式下的可靠性计算程序，以磨削和处理工艺参数为输入，进行弧齿锥齿轮可靠性计算。

2.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中齿轮磨削时，齿轮材料、磨削液因素是一定的，磨削深度a、磨削速度V_s和横向进给速度V_w是变化的，选择这3个因素作为正交试验因素，根据磨削工艺经验推荐值，每因素分别取若干个不同水平值，建立正交试验表，开展磨削试验，记录每组磨削试验后齿轮的表面粗糙度R_a、残余应力S11。

3.根据权利要求2所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(1)中试验所得数据分别进行表面粗糙度R_a与磨削工艺参数和残余应力S11与磨削工艺参数的三维响应曲面拟合，通过响应曲面得到磨削工艺参数对齿面粗糙度和残余应力的影响规律。

4.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中齿轮热处理时齿轮材料、尺寸因素是一定的，渗碳时间和渗碳温度是变化的，选择这2个因素作为正交试验因素，根据热处理工艺经验推荐值，每因素取若干个不同水平值，建立正交试验表，开展试验，记录每组热处理试验完后的齿面硬度和渗碳深度。

5.根据权利要求4所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(2)中试验所得数据分别进行齿面硬度与热处理工艺参数和渗碳深度与热处理工艺参数的三维响应曲面拟合，通过响应曲面得到热处理工艺参数对齿面硬度和渗碳深度的影响规律。

6.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(3)中，弧齿锥齿轮齿面接触疲劳强度公式为：

σ'_{H lim}＝σ_{H lim}Z_NZ_LZ_VZ_RZ_WZ_x

式中：表示齿面接触疲劳强度，σ_{H lim}Z_N表示接触应力，Z_L表示润滑剂系数，Z_v表示速度系数，Z_R表示粗糙度系数，Z_W表示工作硬化系数，Z_X表示尺寸系数；

齿根弯曲疲劳强度公式为：

σ′_{F lim}＝σ_{F lim}Y_NY_STY_σY_RY_x

式中：表示齿根弯曲疲劳强度，σ_{F lim}Y_N表示弯曲应力，Y_ST表示应力修正系数，Y_σ表示相对齿根圆角敏感系数，Y_R表示相对齿根表面状况系数，Y_x表示弯曲强度尺寸系数；

齿面接触应力公式为：

${\mathrm{\σ}}_H=Z_{M-B}{Z}_H{Z}_E{Z}_{LS}{Z}_{\mathrm{\β}}{Z}_K\sqrt{\frac{K_A{K}_V{K}_{H\mathrm{\β}}{K}_{H\mathrm{\α}}{F}_{mt}}{d_{v1}{l}_{bm}}\×\frac{u_v+1}{u_v}}$

式中：σ_H表示齿面接触应力，Z_M-B表示中点区域系数，Z_H表示节点啮合区域系数，Z_E表示弹性影响系数，Z_LS表示载荷分担系数，Z_β表示螺旋角系数，Z_K表示锥齿轮系数，F_mt表示切向力，K_A表示使用系数，K_V表示动载系数，K_Hβ表示齿向载荷分布系数，K_Hα表示端面载荷分配系数，d_v1表示小齿轮的分度圆直径，l_bm表示接触线长度，u_v表示齿数比；

齿根弯曲应力公式为：

${\mathrm{\σ}}_F=\frac{F_{mt}{K}_A{K}_V{K}_{F\mathrm{\β}}{K}_{F\mathrm{\α}}}{{\mathrm{bm}}_{mn}}{Y}_{Fa}{Y}_{Sa}{Y}_{\mathrm{\ϵ}}{Y}_K{Y}_{LS}$

式中：σ_F表示弯曲应力，F_mt表示切向力，K_A表示使用系数，K_V表示动载系数，K_Fβ表示齿向载荷分布系数，K_Fα表示端面载荷分配系数，Y_Fa表示齿形系数，Y_Sa表示应力修正系数，Y_ε表示重合度系数，Y_K表示锥齿轮系数，Y_LS表示载荷分担系数，b表示工作齿宽，m_mn表示小齿轮的法向模数；

从国标中搜集齿面粗糙度、残余应力、齿面硬度和渗碳深度与弧齿锥齿轮疲劳接触和疲劳弯曲的强度与应力计算公式中各参数的影响规律。

7.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(4)中根据权利要求3、5、6消除中间因素齿面粗糙度、残余应力、齿面硬度和渗碳深度，得到直接由磨削和热处理工艺参数与弧齿锥齿轮疲劳接触和疲劳弯曲的强度与应力计算公式中各参数的影响规律。

8.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(5)中搜集实际生产所记录的加工参数并结合机床的加工精度，剔除错误数据，得到磨削和热处理工艺参数的分布规律。

9.根据权利要求1所述的基于磨削和热处理的弧齿锥齿轮长寿命传动疲劳可靠性的设计方法，其特征在于：所述步骤(6)中应力是一个受多种因素影响的随机变量，具有一定的分布规律，同样，强度也是一个具有一定离散型，服从一定分布规律的随机变量，将应力分布函数和强度分布函数放在一个坐标系里，

f₁(x₁)表示应力的概率密度；f_S(x_S)表示强度的概率密度，根据此应力～强度干涉可靠性模型，得到应力和强度发生干涉的区域，该区域表示强度可能小于应力，有发生失效的可能，根据可靠性的定义，对于应力x₁所有的可能值强度x_S均大于x₁的概率就是零件的可靠性，即：

$R=P(x_s\>x_1)={\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{\mathrm{\∞}}{f}_1\left(x_1\right)\[{\∫}_{x_1}^{\mathrm{\∞}}{f}_s\left(x_s\right){\mathrm{dx}}_s\]{\mathrm{dx}}_1$

编制蒙特卡洛法弧齿锥齿轮多失效形式下的可靠性计算程序，以磨削和处理工艺参数为输入，进行弧齿锥齿轮可靠性计算。