某火炮传动系统随机载荷下齿轮疲劳寿命预测方法研究

定量预测和综合评价自行火炮的机动能力,为武器装备的维修保障提供了理论依据和手段。本文以传动齿轮为研究对象,应用概率统计、有限元和疲劳分析,深入、系统地研究了自行火炮传动齿轮在随机载荷作用下疲劳分析与寿命预测的理论方法,分析了载荷统计分布、有限元模型和材料力学性能参数的不确定性对疲劳寿命预测的影响。 以单一行驶工况下虚拟仿真的随机载荷为依据,运用雨流计数法和相关系数法进行了载荷均、幅值概率分布的参数估计和检验,并通过权系数法和概率密度法进行了多工况下二维联合概率密度函数的合成与载荷均、幅极值的扩展,编制了1×8一维载荷谱和8×8二维载荷谱,同时,通过对原始随机载荷进行插值修正,分析了齿间载荷分布对载荷谱统计特征的影响。 采用有限元法进行齿轮弯曲应力和齿面接触应力的数值模拟,探讨了边界条件和网格划分质量对其分析结果的影响,并建立了相应疲劳寿命分析的应力谱。 以材料的P-S-N疲劳曲线为基础,考虑应力集中系数、尺寸系数和表面加工系数的影响,结合等寿命曲线,拟合了P-Sa-Sm-N疲劳曲面方程;运用MM和EM法则修正的一维概率Miner准则和二维概率Miner准则分别进行了传动齿轮的疲劳寿命预测,提供了存活率在50%和99.9%下疲劳寿命的变化区间。 研究结果表明,各工况载荷幅值均服从三参数威布尔分布,载荷均值均服从正态分布;传动系统中传动箱齿轮啮合副的强度匹配性良好,侧减速器行星齿轮啮合副较差;相对于单工况一维载荷谱,考虑齿间载荷修正的一维载荷谱和多工况合成的二维载荷谱下齿轮的疲劳寿命都有较大降低,在疲劳寿命预测时应引起足够的重视。