基于虚拟载荷谱技术的锥齿轮疲劳寿命分析＊

叶南海，陈 凯，戚一男，卢进海

（湖南大学 汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南 长沙 410082）

传动齿轮在工作中速度高，所受载荷大，引起的应力情况复杂，齿轮失效所导致的后果往往是十分严重甚至是灾难性的，故对其疲劳寿命的研究具有十分重要的工程意义.传统的实验分析方法存在实验周期长、费用高以及实验条件难以控制等诸多问题.而现在的疲劳软件仿真分析又大多是建立在静力分析基础上，未考虑动力因素的影响.而在齿轮轮齿啮合过程中，动力因素对轮齿的受力和变形状态会产生较大的影响，尤其在轮齿啮入和啮出时，由于轮齿受力变形，会产生较大的啮合冲击[1］，故其分析结果也会受到影响.近年来很多学者对这些问题进行了大量的研究[2－6］.

本文提出一种新的疲劳寿命计算方法，在有限元分析的基础上提取应力分析结果，经过处理得到虚拟载荷谱，进而通过 Miner准则和Corten－Dolan准则估算出锥齿轮传动的疲劳寿命.该方法不但显著缩短了实验周期，大幅降低实验费用，而且计算的结果相比疲劳软件来说更具保守性，参考价值更高，具有较大的工程应用价值.

1 锥齿轮建模与有限元网格划分

1.1 锥齿轮模型

某提升机减速器的核心部分是锥齿轮，其传动模型如图1所示.主要参数为：大齿轮Z1＝37；小齿轮Z2＝23；模数M＝13；压力角20°；齿宽系数0.3；螺旋角35°.

图1 锥齿轮传动模型Fig.1 Bevelgear transmission model

1.2 有限元网格划分

由齿轮传动特性可知，所有轮齿都是均匀参与啮合传……