本發(fā)明涉及一種基于磨削和熱處理的弧齒錐齒輪長壽命傳動疲勞可靠性的設(shè)計方法，尤其適用于復(fù)雜工況下的弧齒錐齒輪長壽命傳動可靠性的的計算與分析。

背景技術(shù)：

航空弧齒錐齒輪是直升機主減傳動系統(tǒng)最重要、最復(fù)雜的、最薄弱的動力元件，不同于其它常用的直齒輪等。常處于高速重載高溫、有體積重量限制的條件下工作，其工況惡劣，載荷譜變化復(fù)雜，疲勞應(yīng)力環(huán)境和失效模式復(fù)雜?，F(xiàn)有的加工技術(shù)能實現(xiàn)圖紙規(guī)定的宏觀幾何尺寸要求，但卻無法保證齒輪的內(nèi)在物理性能，導(dǎo)致產(chǎn)品性能不穩(wěn)定。目前國產(chǎn)直升機傳動系統(tǒng)性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國外水平，傳動系統(tǒng)TBO時間僅為700～800小時。影響弧齒錐齒輪疲勞可靠性的因素眾多，特別是齒輪幾何設(shè)計參數(shù)和加工工藝參數(shù)等。目前航空弧齒錐齒輪長壽命可靠性設(shè)計與評估技術(shù)已經(jīng)成為制約航空傳動系統(tǒng)向高可靠、長壽命發(fā)展瓶頸，也成為規(guī)范齒輪抗疲勞設(shè)計、優(yōu)化加工工藝評估的關(guān)鍵。針對國內(nèi)外在發(fā)動機高載荷質(zhì)量比弧齒錐齒輪疲勞可靠性設(shè)計與評估技術(shù)方面的差距，在現(xiàn)有疲勞可靠性理論基礎(chǔ)上，將可靠性概率理論與實際壽命計算結(jié)合起來，將疲勞可靠性能通過可靠性模型與齒輪的設(shè)計和加工參數(shù)聯(lián)系起來，建立合理有效的長壽命傳動疲勞可靠性分析評估方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：針對給定復(fù)雜工況下的弧齒錐齒輪長壽命疲勞可靠性的設(shè)計，綜合考慮弧齒錐齒輪在實際加工過程中的磨削和熱處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律，加工以后齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度等性能的分布規(guī)律，弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力的計算公式各參數(shù)分布規(guī)律，編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，為齒輪傳動系統(tǒng)的壽命設(shè)計和預(yù)測提供了一種基于磨削和熱處理的弧齒錐齒輪長壽命傳動疲勞可靠性的設(shè)計方法，有效降低了長壽命傳動疲勞可靠性的設(shè)計所帶來的難度和成本。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于磨削和熱處理的弧齒錐齒輪長壽命傳動疲勞可靠性的設(shè)計方法，該方法步驟如下：

步驟(1)研究磨削工藝參數(shù)對齒面粗糙度和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律；

步驟(2)研究熱處理工藝參數(shù)對齒面硬度和滲碳深度的影響規(guī)律；

步驟(3)研究齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

步驟(4)得到磨削和處理工藝參數(shù)對弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

步驟(5)研究熱磨削和處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律；

步驟(6)編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，以磨削和處理工藝參數(shù)為輸入，進(jìn)行弧齒錐齒輪可靠性計算。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中齒輪磨削時，齒輪材料、磨削液因素是一定的，磨削深度a、磨削速度V_s和橫向進(jìn)給速度V_w是變化的，選擇這3個因素作為正交試驗因素，根據(jù)磨削工藝經(jīng)驗推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，建立正交試驗表。開展磨削試驗，記錄每組磨削試驗后齒輪的表面粗糙度R_a、殘余應(yīng)力S11。

進(jìn)一步的，所述步驟(1)中試驗所得數(shù)據(jù)分別進(jìn)行表面粗糙度R_a與磨削工藝參數(shù)和殘余應(yīng)力S11與磨削工藝參數(shù)的三維響應(yīng)曲面擬合，通過響應(yīng)曲面得到磨削工藝參數(shù)對齒面粗糙度和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中齒輪熱處理時齒輪材料、尺寸因素是一定的，滲碳時間和滲碳溫度是變化的，選擇這2個因素作為正交試驗因素，根據(jù)熱處理工藝經(jīng)驗推薦值，每因素取若干個不同水平值，建立正交試驗表。開展試驗，記錄每組熱處理試驗完后的齒面硬度和滲碳深度。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)中試驗所得數(shù)據(jù)分別進(jìn)行齒面硬度與熱處理工藝參數(shù)和滲碳深度與熱處理工藝參數(shù)的三維響應(yīng)曲面擬合，通過響應(yīng)曲面得到熱處理工藝參數(shù)對齒面硬度和滲碳深度的影響規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，弧齒錐齒輪齒面接觸疲勞強度公式為：

σ'_Hlim＝σ_HlimZ_NZ_LZ_VZ_RZ_WZ_x

式中：σ、_Hlim表示齒面接觸疲勞強度，σ_HlimZ_N表示接觸應(yīng)力，Z_L表示潤滑劑系數(shù)，Z_v表示速度系數(shù)，Z_R表示粗糙度系數(shù)，Z_W表示工作硬化系數(shù)，Z_X表示尺寸系數(shù)。

齒根彎曲疲勞強度公式為：

σ′_Flim＝σ_FlimY_NY_STY_σY_RY_x

式中：σ、_Flim表示齒根彎曲疲勞強度，σ_FlimY_N表示彎曲應(yīng)力，Y_ST表示應(yīng)力修正系數(shù)，Y_σ表示相對齒根圓角敏感系數(shù)，Y_R表示相對齒根表面狀況系數(shù)，Y_x表示彎曲強度尺寸系數(shù)。

齒面接觸應(yīng)力公式為：

式中：σ_H表示齒面接觸應(yīng)力，Z_M-B表示中點區(qū)域系數(shù)，Z_H表示節(jié)點嚙合區(qū)域系數(shù)，Z_E表示彈性影響系數(shù)，Z_LS表示載荷分擔(dān)系數(shù)，Z_β表示螺旋角系數(shù)，Z_K表示錐齒輪系數(shù)，F(xiàn)_mt表示切向力，K_A表示使用系數(shù)，K_V表示動載系數(shù)，K_Hβ表示齒向載荷分布系數(shù)，K_Hα表示端面載荷分配系數(shù)，d_v1表示小齒輪的分度圓直徑，l_bm表示接觸線長度，u_v表示齒數(shù)比。

齒根彎曲應(yīng)力公式為：

式中：σ_F表示彎曲應(yīng)力，F(xiàn)_mt表示切向力，K_A表示使用系數(shù)，K_V表示動載系數(shù)，K_Fβ表示齒向載荷分布系數(shù)，K_Fα表示端面載荷分配系數(shù)，Y_Fa表示齒形系數(shù)，Y_Sa表示應(yīng)力修正系數(shù)，Y_ε表示重合度系數(shù)，Y_K表示錐齒輪系數(shù)，Y_LS表示載荷分擔(dān)系數(shù)，b表示工作齒寬，m_mn表示小齒輪的法向模數(shù)。

從國標(biāo)中搜集齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述步驟(4)中根據(jù)上述消除中間因素齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度，得到直接由磨削和熱處理工藝參數(shù)與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述步驟(5)中搜集實際生產(chǎn)所記錄的加工參數(shù)并結(jié)合機床的加工精度，剔除錯誤數(shù)據(jù)，得到磨削和熱處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律。

進(jìn)一步的，所述步驟(6)中應(yīng)力是一個受多種因素影響的隨機變量，具有一定的分布規(guī)律。同樣，強度也是一個具有一定離散型，服從一定分布規(guī)律的隨機變量。將應(yīng)力分布函數(shù)和強度分布函數(shù)放在一個坐標(biāo)系里，

f₁(x₁)表示應(yīng)力的概率密度；f_S(x_S)表示強度的概率密度。根據(jù)此應(yīng)力～強度干涉可靠性模型，得到應(yīng)力和強度發(fā)生干涉的區(qū)域，該區(qū)域表示強度可能小于應(yīng)力，有發(fā)生失效的可能。根據(jù)可靠性的定義，對于應(yīng)力x₁所有的可能值強度x_S均大于x₁的概率就是零件的可靠性，即：

編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，以磨削和處理工藝參數(shù)為輸入，進(jìn)行弧齒錐齒輪可靠性計算。

本發(fā)明的原理：以加工工藝參數(shù)為正交試驗因素，通過正交試驗并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行三維曲面響應(yīng)處理，建立了工藝參數(shù)與表面完整性的聯(lián)系，利用研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將完整性與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)進(jìn)行聯(lián)系，得到加工工藝參數(shù)與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力的規(guī)律，利用實際加工過程中工藝參數(shù)的分布規(guī)律對弧齒錐齒輪長壽命疲勞可靠性進(jìn)行計算。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：首先，應(yīng)用本發(fā)明可以直接從加工過程中就可以提前計算出弧齒錐齒輪的疲勞可靠性，能有效減少壽命試驗所帶來的人力和物力；其次，應(yīng)用本發(fā)明可以反過來根據(jù)設(shè)計所需要的可靠性來計算出加工所要求的加工工藝參數(shù)的范圍，操作簡單；再次，目前尚未有較成熟的由加工工藝參數(shù)向齒輪長壽命可靠性的設(shè)計方法，本發(fā)明可操作性強、精確度高，只需經(jīng)過簡單的試驗和相應(yīng)的分析計算，即可得到弧齒錐齒輪在真實工況下的長壽命疲勞可靠性。

附圖說明

圖1為應(yīng)力、強度分布函數(shù)示意圖。

圖2為齒面粗糙度與磨削工藝參數(shù)的響應(yīng)曲面，其中(a)為齒輪表面粗糙度與磨削速度及磨削深度響應(yīng)曲面，(b)為齒輪表面粗糙度與磨削速度及橫向進(jìn)給速度響應(yīng)曲面，(c)為齒輪表面粗糙度與磨削深度及橫向進(jìn)給速度響應(yīng)曲面示意圖。

圖3為齒輪滲碳深度與滲碳時間及滲碳溫度響應(yīng)曲面示意圖。

圖4為可靠性計算結(jié)果示意圖。

圖5為發(fā)明的方法流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。

本發(fā)明一種基于磨削和熱處理的弧齒錐齒輪長壽命傳動疲勞可靠性的設(shè)計方法，其方法流程如下：

步驟(1)研究磨削工藝參數(shù)對齒面粗糙度和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律；

步驟(2)研究熱處理工藝參數(shù)對齒面硬度和滲碳深度的影響規(guī)律；

步驟(3)研究齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

步驟(4)得到磨削和處理工藝參數(shù)對弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

步驟(5)研究熱磨削和處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律；

步驟(6)編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，以磨削和處理工藝參數(shù)為輸入，進(jìn)行弧齒錐齒輪可靠性計算。

所述步驟(1)中齒輪磨削時，齒輪材料、磨削液等因素是一定的，磨削深度a、磨削速度V_s和橫向進(jìn)給速度V_w是變化的，選擇這3個因素作為正交試驗因素，根據(jù)磨削工藝經(jīng)驗推薦值，每因素分別取若干個不同水平值，建立正交試驗表。開展磨削試驗，記錄每組磨削試驗后齒輪的表面粗糙度R_a、殘余應(yīng)力S11。

所述步驟(1)中試驗所得數(shù)據(jù)分別進(jìn)行表面粗糙度R_a與磨削工藝參數(shù)和殘余應(yīng)力S11與磨削工藝參數(shù)的三維響應(yīng)曲面擬合，通過響應(yīng)曲面得到磨削工藝參數(shù)對齒面粗糙度和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律。

所述步驟(2)中齒輪熱處理時齒輪材料、尺寸等因素是一定的，滲碳時間和滲碳溫度是變化的，選擇這2個因素作為正交試驗因素，根據(jù)熱處理工藝經(jīng)驗推薦值，每因素取若干個不同水平值，建立正交試驗表。開展試驗，記錄每組熱處理試驗完后的齒面硬度和滲碳深度。

所述步驟(2)中試驗所得數(shù)據(jù)分別進(jìn)行齒面硬度與熱處理工藝參數(shù)和滲碳深度與熱處理工藝參數(shù)的三維響應(yīng)曲面擬合，通過響應(yīng)曲面得到熱處理工藝參數(shù)對齒面硬度和滲碳深度的影響規(guī)律。

所述步驟(3)中，弧齒錐齒輪齒面接觸疲勞強度公式為：

σ'_Hlim＝σ_HlimZ_NZ_LZ_VZ_RZ_WZ_x

式中：σ、_Hlim表示齒面接觸疲勞強度，σ_HlimZ_N表示接觸應(yīng)力，Z_L表示潤滑劑系數(shù)，Z_v表示速度系數(shù)，Z_R表示粗糙度系數(shù)，Z_W表示工作硬化系數(shù)，Z_X表示尺寸系數(shù)。

齒根彎曲疲勞強度公式為：

σ′_Flim＝σ_FlimY_NY_STY_σY_RY_x

式中：σ、_Flim表示齒根彎曲疲勞強度，σ_FlimY_N表示彎曲應(yīng)力，Y_ST表示應(yīng)力修正系數(shù)，Y_σ表示相對齒根圓角敏感系數(shù)，Y_R表示相對齒根表面狀況系數(shù)，Y_x表示彎曲強度尺寸系數(shù)。

齒面接觸應(yīng)力公式為：

式中：σ_H表示齒面接觸應(yīng)力，Z_M-B表示中點區(qū)域系數(shù)，Z_H表示節(jié)點嚙合區(qū)域系數(shù)，Z_E表示彈性影響系數(shù)，Z_LS表示載荷分擔(dān)系數(shù)，Z_β表示螺旋角系數(shù)，Z_K表示錐齒輪系數(shù)，F(xiàn)_mt表示切向力，K_A表示使用系數(shù)，K_V表示動載系數(shù)，K_Hβ表示齒向載荷分布系數(shù)，K_Hα表示端面載荷分配系數(shù)，d_v1表示小齒輪的分度圓直徑，l_bm表示接觸線長度，u_v表示齒數(shù)比。

齒根彎曲應(yīng)力公式為：

式中：σ_F表示彎曲應(yīng)力，F(xiàn)_mt表示切向力，K_A表示使用系數(shù)，K_V表示動載系數(shù)，K_Fβ表示齒向載荷分布系數(shù)，K_Fα表示端面載荷分配系數(shù)，Y_Fa表示齒形系數(shù)，Y_Sa表示應(yīng)力修正系數(shù)，Y_ε表示重合度系數(shù)，Y_K表示錐齒輪系數(shù)，Y_LS表示載荷分擔(dān)系數(shù)，b表示工作齒寬，m_mn表示小齒輪的法向模數(shù)。

從國標(biāo)中搜集齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。

所述步驟(4)中根據(jù)權(quán)利要求3、5、6消除中間因素齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度，得到直接由磨削和熱處理工藝參數(shù)與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。

所述步驟(5)中搜集實際生產(chǎn)所記錄的加工參數(shù)并結(jié)合機床的加工精度，剔除錯誤數(shù)據(jù)，得到磨削和熱處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律。

所述步驟(6)中應(yīng)力是一個受多種因素影響的隨機變量，具有一定的分布規(guī)律。同樣，強度也是一個具有一定離散型，服從一定分布規(guī)律的隨機變量。將應(yīng)力分布函數(shù)和強度分布函數(shù)放在一個坐標(biāo)系里，如圖1所示：

圖中橫坐標(biāo)表示應(yīng)力或強度，縱坐標(biāo)表示應(yīng)力或強度的概率密度。f₁(x₁)表示應(yīng)力的概率密度；f_S(x_S)表示強度的概率密度。根據(jù)此應(yīng)力～強度干涉可靠性模型，圖中陰影部分為應(yīng)力和強度發(fā)生干涉的區(qū)域，表示強度可能小于應(yīng)力，有發(fā)生失效的可能。根據(jù)可靠性的定義，對于應(yīng)力x₁所有的可能值強度x_S均大于x₁的概率就是零件的可靠性，既：

編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，以磨削和處理工藝參數(shù)為輸入，進(jìn)行弧齒錐齒輪可靠性計算。

具體的，本發(fā)明的流程圖如圖5所示。下面以如下所示的某弧齒錐齒輪傳動系統(tǒng)為例，具體說明本發(fā)明方法，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實例：

小輪齒數(shù)26，大論齒數(shù)31，大端模數(shù)8.654mm，齒寬57mm，中點螺旋角35°，壓力角20°，傳遞功率1051KW，輸入轉(zhuǎn)速2200r/min，使用壽命500h，精度等級6級，小輪表面粗糙度0.8，大輪表面粗糙度0.8，40℃時的潤滑油黏度177.2mm²/s，齒輪材料屬性為滲碳淬火的滲碳鋼，材料硬度HRC59，拉伸極限1180MPa，接觸疲勞極限1500MPa，彎曲疲勞極限480Mpa，材料密度7.88E-6kg/mm³，彈性模量2.07E+5MPa，泊松比0.3。

步驟(1)研究磨削工藝參數(shù)對齒面粗糙度和殘余應(yīng)力的影響規(guī)律；

以研究磨削工藝參數(shù)對粗糙度的影響規(guī)律為例，通過對上述齒輪磨削加工過程一組工藝參數(shù)(磨削速度、磨削深度和橫向進(jìn)給速度)與齒輪粗糙度結(jié)果如表1所示：

表1磨削工藝參數(shù)與齒輪表面粗糙度數(shù)據(jù)

對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行粗糙度與磨削參數(shù)三維響應(yīng)曲面擬合，結(jié)果如圖2所示。

通過響應(yīng)曲面可以看出：磨削線速度提高時，齒輪表面粗糙度可明顯減小，這是因為提高磨削線速度后，每顆磨粒切下的磨屑變薄，磨粒在工件表面上產(chǎn)生的殘留高度變小，而且磨削線速度的提高有利于磨屑的形成，磨屑表面因塑性側(cè)向隆起的高度也會變小。隨著磨削進(jìn)給量的提高，齒輪表面粗糙度略有增大，這是由于進(jìn)給量的提高導(dǎo)致齒面磨削殘留高度增大，另外隨著磨削進(jìn)給量的提高，機床振動對粗糙度也有一定的影響，因此可在粗糙度值變化不大的情況下，適當(dāng)提高磨削進(jìn)給量來提高磨削效率。隨著切削深度的增大，齒輪表面粗糙度增大，這是由于大的切深會使單顆磨粒未變形磨削厚度增大，同時磨粒鈍化加劇，磨削力增大，磨削溫度迅速升高，引起材料塑性隆起增加。

步驟(2)研究熱處理工藝參數(shù)對齒面硬度和滲碳深度的影響規(guī)律；

以研究熱處理工藝參數(shù)與滲碳深度的規(guī)律為例，在強滲期碳勢0.95～1％c、擴散期碳勢0.9～0.95％c下，搜集型號齒輪的部分滲碳工藝(滲碳溫度和滲碳時間)與滲碳深度數(shù)據(jù)如表2所示：

表2 0.95～1％c強滲碳勢下滲碳溫度、時間與滲層深度關(guān)系數(shù)據(jù)

進(jìn)行滲層深度與滲碳溫度及滲碳時間響應(yīng)曲面擬合。結(jié)果如圖3所示。

可以看出，對于這種材料齒輪，滲碳層深度隨滲碳時間的增加而增加，可以主要通過控制滲碳時間來控制滲碳深度，而滲碳溫度大概在890℃最有利于碳的擴散。

步驟(3)研究齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

從國標(biāo)中搜集齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。例如：Z_R—表面狀況系數(shù)，取決于齒表面最后的加工方法和最后的表面處理方法，表面狀況良好的情況下取1。

步驟(4)得到磨削和處理工藝參數(shù)對弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律；

消除中間因素齒面粗糙度、殘余應(yīng)力、齒面硬度和滲碳深度，得到直接由磨削和熱處理工藝參數(shù)與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的影響規(guī)律。

步驟(5)研究熱磨削和處理工藝參數(shù)的分布規(guī)律；

經(jīng)過處理掉錯誤的數(shù)據(jù)，最終最終磨削和處理工藝參數(shù)符合正態(tài)分布。

步驟(6)編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠性計算程序，以磨削和處理工藝參數(shù)為輸入，進(jìn)行弧齒錐齒輪可靠性計算。

經(jīng)計算分析得到弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)的分布形式如下：

計算接觸應(yīng)力值σ_HlimZ_N服從正態(tài)分布，均值1486.87MPa，變異系數(shù)0.048；尺寸系數(shù)Z_X為常值1；潤滑劑系數(shù)Z_L服從對數(shù)正態(tài)分布，均值1.00407，變異系數(shù)0.02；速度系數(shù)Z_V服從對數(shù)正態(tài)分布，均值1.028，變異系數(shù)0.02；粗糙度系數(shù)Z_R服從正態(tài)分布，均值0.994，變異系數(shù)0.03；工作硬化系數(shù)Z_W服從對數(shù)正態(tài)分布，均值1，變異系數(shù)0.02；節(jié)點嚙合區(qū)域系數(shù)Z_H為常值2.131；彈性影響系數(shù)Z_E服從對數(shù)正態(tài)分布，均值190.272，變異系數(shù)0.03；中點區(qū)域系數(shù)Z_M-B為常值0.9962；載荷分擔(dān)系數(shù)Z_LS為常值0.9869；螺旋角系數(shù)Z_β為常值0.9051；錐齒輪系數(shù)Z_K為常值0.8；切向力F_mt服從正態(tài)分布，均值為40622.8N，變異系數(shù)0.1；使用系數(shù)K_A為常值1.2；動載系數(shù)K_V服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為1.1273，變異系數(shù)0.03；齒向載荷分布系數(shù)K_Hβ服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為1.875，變異系數(shù)0.04；端面載荷分配系數(shù)K_Hα對數(shù)正態(tài)分布，均值為1，變異系數(shù)0.02。

計算彎曲應(yīng)力值σ_FlimY_N服從正態(tài)分布，均值為780.14MPa，變異系數(shù)0.048；應(yīng)力修正系數(shù)Y_ST服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為2，變異系數(shù)0.033；相對齒根圓角敏感系數(shù)Y_σ服從對數(shù)正態(tài)分布，均值1.00464，變異系數(shù)0.03；相對齒根表面狀況系數(shù)Y_R服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為1.04334，變異系數(shù)0.033；彎曲強度尺寸系數(shù)Y_x服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為0.990651，變異系數(shù)0.02；齒向載荷分布系數(shù)K_Fβ服從對數(shù)正態(tài)分布，均值1.8926，變異系數(shù)0.04；齒形系數(shù)Y_Fa服從對數(shù)正態(tài)分布，均值為1，變異系數(shù)0.033；應(yīng)力修正系數(shù)Y_Sa服從對數(shù)正態(tài)分布，均值2.052，變異系數(shù)0.04；重合度系數(shù)Y_ε為常值0.625；錐齒輪系數(shù)Y_K為常值1.1026；載荷分擔(dān)系數(shù)Y_LS為常值0.9739。

編制蒙特卡洛法弧齒錐齒輪多失效形式下的可靠度計算程序，以上述型號齒輪設(shè)計參數(shù)為輸入，進(jìn)行航空弧齒錐齒輪可靠度計算。結(jié)果如圖4所示。

型號弧齒錐齒輪齒面疲勞失效和齒根彎曲失效串聯(lián)形式可靠度結(jié)果為0.761，表明此型號在設(shè)計壽命500h下的可靠度為0.761。

總之，本發(fā)明針對弧齒錐齒輪長壽命傳動可靠性的設(shè)計的問題，以加工工藝參數(shù)為正交試驗因素，通過正交試驗并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行三維曲面響應(yīng)處理，建立了工藝參數(shù)與表面完整性的聯(lián)系，利用研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將完整性與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力計算公式中各參數(shù)進(jìn)行聯(lián)系，得到加工工藝參數(shù)與弧齒錐齒輪疲勞接觸和疲勞彎曲的強度與應(yīng)力的規(guī)律，利用實際加工過程中工藝參數(shù)的分布規(guī)律對弧齒錐齒輪長壽命疲勞可靠性進(jìn)行計算。從而為弧齒錐齒輪的壽命預(yù)測和設(shè)計工作提供重要的依據(jù)。