(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210662781.5 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 台州学院 地址 318000 浙江省台州市 市府大道1 139 号 申请人 北京航空航天大 学 (72)发明人 金毅　张清源　祖天培　 (74)专利代理 机构 杭州昊泽专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 33449 专利代理师 黄前泽 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条 可靠度计算方法 (57)摘要 本发明公开了考虑压块磨损与材料不确定 性的齿轮齿条可靠度计算方法， 考虑由于持续运 行导致的压块磨损退化行为， 将 压块磨损量通过 弹簧弹力的变化反映在对轮齿啮合应力的影响 上， 进而构建不同磨损状态的仿真模型计算齿 轮、 齿条最大接触应力， 并建立齿轮齿条最大等 效接触应力与齿轮、 齿条最大接触应力以及磨损 深度关系的工程代理模型； 还考虑由于原材料品 控不严或数据不充分导致的材料参数不确定特 征， 进一步建立齿轮齿条可靠度模型， 并结合齿 轮齿条可靠度模 型及磨损深度线性假设， 最终构 建时变可靠度模 型。 本发明能够较为准确预测齿 轮齿条的可靠寿命水平， 进而为齿轮齿条维修保 障方案的制定提供 更好的技 术支撑。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115203834 A 2022.10.18 CN 115203834 A 1.考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： S1： 选用A rchard磨损模型计算压块在齿条 单次往复运动下的磨损深度d； S2： 基于齿轮齿条在全寿命周期下的总循环次数ttotal， 确定压块的最大磨损深度Dmax， 并在0～Dmax范围内均匀选取n个磨损深度样本点Di,i＝0,1,…,n‑1； S3： 将各磨损深度样本点Di与压块未磨损状态 下的弹簧压缩变形量l0结合， 确定压块不 同磨损深度下 所受的弹簧弹力Fi； S4： 构建考虑压块不同磨损深度的齿轮齿条啮合应力仿真模型， 对齿轮齿条等效接触 应力进行分析， 进而提取压块不同磨损深度下的齿条最大等效接触应力值σ齿条,max,i和齿轮 最大等效接触应力值σ齿轮,max,i； 其中， 压块各不同磨损深度下的齿轮齿 条啮合应力仿真模 型 中， 除弹簧弹力Fi引起的压块与齿条接触正压力不同外， 其它约束及载荷条件设置均相同， 网格划分也相同； S5： 结合各磨损深度样本 点Di以及对应的σ齿 条,max,i和σ齿轮,max,i， 选取σ齿 条,max,i和σ齿轮,max,i中 较大值， 采用拉格朗日插值多 项式建立齿轮齿条最大等效接触 应力的工程代理模型； S6： 将齿轮和齿条材料的屈服强度σS视为服从正态分布 齿轮和齿条选用 同一材料， 根据齿轮和齿条材料的屈服强度均值 齿轮和齿条材料的屈服强度标准差 以及齿轮齿条最大等效接触 应力的工程代理模型， 建立可靠度模型； S7： 基于步骤S1得到的压块在齿条单次往复运动下的磨损深度d， 建立循环次数t与压 块磨损深度D之间的关系， 进 而给出齿轮齿条的时变可靠度模型。 2.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S1中选用的A rchard磨损模型 形式为： 式中， p为压块与齿条接触的正压力， L为齿条行程， H为压块材料硬度， K为压块材料磨 损系数。 3.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S2中最大磨损深度Dmax与单次磨损深度d的关系为： Dmax＝d×ttotal。 4.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S2中磨损深度样本点Di的选取方式为： 式中， n≥4。 5.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S3中压块 不同磨损状态下 所受的弹簧弹力Fi表示为： Fi＝k(l0+Di) 式中， k为弹簧的弹性系数。 6.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115203834 A 2特征在于： 步骤S 5中采用拉格朗日插值多项式建立的齿轮齿 条最大等效接触应力工程代理 模型为： 式中 ， σm a x(D) 为压块磨损深度D时对应的齿轮齿条最大等效接触应力 ， σmax,i为σ齿 条,max,i和σ齿 轮,max,i中的较大值。 7.根据权利要求1所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S6中标准差 表示为： 式中， δ 为分散系数。 8.根据权利要求7所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 步骤S6中可靠度模型为： 式中， R(D)为压块磨损深度D时的可靠度， ΦN为正态分布 的概率分布。 9.根据权利要求8所述考虑压块磨损与材料不确定性的齿轮齿条可靠度计算方法， 其 特征在于： 设定步骤S7中循环次数t与压块磨损深度D之间为线性关系： D＝d ×t， 则时变可 靠度模型为： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115203834 A 3