HIGH-CYCLING FATIGUE LIFE ASSESSMENT OF VEHICLE HYPOID GEARS BASED ON LOAD SPECTRUM

XIONG Guanglin; LI Yao; DENG Yue; HUANG Dong; WU Hang; ZHU Caichao

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.008

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

HIGH-CYCLING FATIGUE LIFE ASSESSMENT OF VEHICLE HYPOID GEARS BASED ON LOAD SPECTRUM

·Fatigue·Damage·Fracture·Failure Analysis· | 更新时间：2025-02-28

- HIGH-CYCLING FATIGUE LIFE ASSESSMENT OF VEHICLE HYPOID GEARS BASED ON LOAD SPECTRUM
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 2, Pages: 61-67(2025)
- 作者机构：
  
  1.三峡大学机械与动力学院，宜昌 443002
  2.重庆青山工业有限责任公司技术中心，重庆 402776
  3.重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室，重庆 400044
- 作者简介：
  
  LI Yao, E-mail: yao_li_@outlook.com
- 基金信息：
  
  Foud: Hubei Provincial Natural Science Foundation of China(2023AFB066);Opening Foundation of Hubei Key Laboratory of Hydroelectric Machinery Design and Maintenance(2021KJX10)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.008
  CLC： TH213.5
- Received：28 July 2023，
  
  Revised：17 August 2023，
  
  Published：15 February 2025
- 稿件说明：
移动端阅览
熊广林，李垚，邓月，等. 基于载荷谱的汽车后桥准双曲面齿轮高周疲劳寿命评估［J］. 机械强度，2025，47（2）：61-67.

XIONG Guanglin，LI Yao，DENG Yue，et al. High-cycling fatigue life assessment of vehicle hypoid gears based on load spectrum［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：61-67.
熊广林，李垚，邓月，等. 基于载荷谱的汽车后桥准双曲面齿轮高周疲劳寿命评估［J］. 机械强度，2025，47（2）：61-67. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.008.

XIONG Guanglin，LI Yao，DENG Yue，et al. High-cycling fatigue life assessment of vehicle hypoid gears based on load spectrum［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（2）：61-67. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.02.008.

摘要

针对复杂工况下汽车后桥准双曲面齿轮接触疲劳失效问题，采用雨流计数法和Goodman平均应力方程，建立轮齿接触静力学模型，提取接触齿面载荷-时间历程，编制准双曲面齿轮载荷谱；研究基于载荷谱的准双曲面齿轮高周疲劳寿命预测方法，采用有限元方法模拟轮齿在载荷作用下的啮合/接触过程，揭示疲劳损伤准则对齿轮疲劳寿命预测的影响机制。所提方法对指导汽车后桥准双曲面齿轮高周疲劳寿命评估与预测具有重要意义。

Abstract

For the contact fatigue failure problem of vehicles’ hypoid gears under complex conditions

the rain-flow counting method and Goodman’s average stress equation were used to establish a contact statics model.The load-time history of the contact gear surface was extracted. And the load spectrum of hypoid gears was produced.The research focused on predicting the high-cycling fatigue life of hypoid gears based on the load spectrum.The study also utilized the finite element method to simulate gear teeth’s meshing or contact behaviour under loading conditions. Moreover

the influence mechanism of fatigue damage criterion on the gear fatigue life prediction was revealed.The proposed method is highly significant in assessing and predicting the high-cycling fatigue life of vehicles’ hypoid gears.

关键词

Keywords

references

李学飞，李纪强，陈卓，等 . 时变摩擦因数对齿面接触疲劳寿命的影响研究［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 5 ）： 19 - 25 .

LI Xuefei ， LI Jiqiang ， CHEN Zhuo ， et al . Effect of time-varying friction factors on the contact fatigue life of gears ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 19 - 25 . （In Chinese）

郭都，陈星，尹燕莉，等 . 基于电机动态模型的电动汽车高速斜齿轮动载荷计算及寿命预测［J］. 重庆理工大学学报（自然科学）， 2021 ， 35 （ 12 ）： 70 - 76 .

GUO Du ， CHEN Xing ， YIN YanLi ， et al . Dynamic load calculation and life prediction of high speed helical gear of electric vehicle based on motor dynamic model ［J］. Journal of Chongqing University of Technology ， 2021 ， 35 （ 12 ）： 70 - 76 . （In Chinese）

陈兴彬，肖舜仁，闵新和，等 . 基于Workbench和nCode工具的齿轮疲劳建模与寿命分析［J］. 机床与液压， 2022 ， 50 （ 13 ）： 149 - 154 .

CHEN Xingbin ， XIAO Shunren ， MIN Xinhe ， et al . Gear fatigue modeling and life analysis based on Workbench and nCode tools ［J］. Machine Tool & Hydraulics ， 2022 ， 50 （ 13 ）： 149 - 154 . （In Chinese）

魏冰阳，郭玉梁，古德万，等 . 弧齿锥齿轮弯曲疲劳寿命仿真与加速试验评价［J］. 兵工学报， 2022 ， 43 （ 11 ）： 2945 - 2952 .

WEI Bingyang ， GUO Yuliang ， GU Dewan ， et al . Evaluation of bending fatigue life of spiral bevel gears by simulation and accelerated test ［J］. Acta Armamentarii ， 2022 ， 43 （ 11 ）： 2945 - 2952 . （In Chinese）

郭玉梁，魏冰阳，李智海，等 . 一种弧齿锥齿轮弯曲疲劳寿命仿真与加速试验［J］. 河南科技大学学报（自然科学版）， 2020 ， 41 （ 5 ）： 13 - 17 .

GUO Yuliang ， WEI Bingyang ， LI Zhihai ， et al . Bending fatigue life simulation and accelerated test of spiral bevel gears ［J］. Journal of Henan University of Science and Technology（Natural Science）， 2020 ， 41 （ 5 ）： 13 - 17 . （In Chinese）

赵龙，刘虎，张凌霄，等 . 轴间差速器锥齿轮齿隙控制与疲劳寿命实验［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 7 ）： 35 - 41 .

ZHAO Long ， LIU Hu ， ZHANG Lingxiao ， et al . Backlash control and the fatigue life bench test of bevel gears from inter axle differential ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 7 ）： 35 - 41 . （In Chinese）

唐鑫，朱如鹏，廖梅军，等 . 第三代航空齿轮钢圆柱齿轮弯曲疲劳强度性能测试分析［J］. 航空动力学报， 2021 ， 36 （ 8 ）： 1756 - 1764 .

TANG Xin ， ZHU Rupeng ， LIAO Meijun ， et al . Analyse bending fatigue strength test of cylindrical gear of third-generation aviation gear steel ［J］. Journal of Aerospace Power ， 2021 ， 36 （ 8 ）： 1756 - 1764 . （In Chinese）

LEE K ， SONG M ， SEO J . Finite element modeling and fatigue analysis of hypoid gears installed in a power transfer unit with a correlational study based on an experimental investigation ［J］. Journal of Mechanical Science and Technology ， 2019 ， 33 （ 6 ）： 2797 - 2807 .

LIU H L ， LIU H J ， ZHU C C ， et al . Evaluation of contact fatigue life of a wind turbine gear pair considering residual stress ［J］. Journal of Tribology ， 2018 ， 140 （ 4 ）： 041102 .

HE H F ， LIU H J ， ZHU C C ， et al . Study of rolling contact fatigue behavior of a wind turbine gear based damage-coupled elastic-plastic model ［J］. International Journal of Mechanical Sciences ， 2018 ， 141 ： 512 - 519 .

陈卓，师陆冰，阎晓青，等 . 基于载荷谱的三峡升船机齿条疲劳寿命评估［J］. 机械传动， 2023 ， 47 （ 5 ）： 158 - 166 .

CHEN Zhuo ， SHI Lubing ， YAN Xiaoqing ， et al . Fatigue life evaluation of racks for the Three Gorges ship lift based on the load spectrum ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2023 ， 47 （ 5 ）： 158 - 166 . （In Chinese）

苏灵 . 风力发电机叶根疲劳载荷及寿命分析［D］. 重庆：重庆交通大学， 2019 ： 32 - 40 .

SU Ling . Analysis of fatigue loads and lifetime of wind turbine blade root ［D］. Chongqing ： Chongqing Jiaotong University ， 2019 ： 32 - 40 . （In Chinese）

JIA P ， LIU H J ， ZHU C C ， et al . Contact fatigue life prediction of a bevel gear under spectrum loading ［J］. Frontier of Mechanical Engineering ， 2020 ， 15 （ 1 ）： 123 - 132 .

邹喜红，支川银，熊锋，等 . 基于实际载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析［J］. 机械传动， 2022 ， 46 （ 11 ）： 154 - 160 .

ZOU Xihong ， ZHI Chuanyin ， XIONG Feng ， et al . Fatigue life analysis of electric vehicle reducer gears based on actual load spectrum ［J］. Journal of Mechanical Transmission ， 2022 ， 46 （ 11 ）： 154 - 160 . （In Chinese）

SHINDE V ， JHA J ， TEWARI A ， et al . Modified rainflow counting algorithm for fatigue life calculation ［J］. Proceedings of Fatigue，Durability and Fracture Mechanics ， 2018 ： 381 - 387 .

MAYER H ， EDE C ， ALLISON J E . Influence of cyclic loads below endurance limit or threshold stress intensity on fatigue damage in cast aluminium alloy 319-T7 ［J］. International Journal of Fatigue ， 2005 ， 27 （ 2 ）： 129 - 141 .

LI J ， HAN C Y ， WU W B ， et al . Load spectrum compilation method of hybrid electric vehicle reducers based on multi-criteria decision making ［J］. Energies ， 2022 ， 15 （ 9 ）： 3293 .

LIU H L ， LIU H J ， ZHU C C ， et al . Influence of load spectrum on contact fatigue damage of a case carburized wind turbine gear ［J］. Engineering Failure Analysis ， 2021 ， 119 ： 105005 .

栾世杰，于佳伟，郑松林 . 整车载荷相关性分析方法与道路模拟试验优化应用［J］. 机械科学与技术， 2021 ， 40 （ 12 ）： 1944 - 1951 .

LUAN Shijie ， YU Jiawei ， ZHENG Songlin . Vehicle load correlation analysis method and optimization application of road simulation test ［J］. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering ， 2021 ， 40 （ 12 ）： 1944 - 1951 . （In Chinese）

张英爽，王国强，王继新，等 . 工程车辆传动系载荷谱编制方法［J］. 农业工程学报， 2011 ， 27 （ 4 ）： 179 - 183 .

ZHANG Yingshuang ， WANG Guoqiang ， WANG Jixin ， et al . Compilation method of power train load spectrum of engineering vehicle ［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering ， 2011 ， 27 （ 4 ）： 179 - 183 . （In Chinese）

GRUBISIC V ， FISCHER G ， HEINRITZ M . Design optimization of forged wheel hubs for commercial vehicles ［J］. SAE Technical Paper ， 1984 ： 15096 .

MINER M A . Cumulative damage in fatigue ［J］. Journal of Applied Mechanics ， 1945 ， 12 （ 3 ）： 159 - 164 .

MANSON S S ， HALFORD G R . Practical implementation of the double linear damage rule and damage curve approach for treating cumulative fatigue damage ［J］. International Journal of Fracture ， 1981 ， 17 （ 2 ）： 169 - 192 .

CORTEN H T ， DOLAN T J . Cumulative fatigue damage ［J］. Institution of Mechanical Engineering and American Society of Mechanical Engineers ， 1956 ， 1 ： 235 - 242 .

张金豹，胡铮，张金乐，等 . 疲劳 S - N 曲线预测模型进展综述［J］. 科学技术与工程， 2023 ， 23 （ 13 ）： 5390 - 5411 .

ZHANG Jinbao ， HU Zheng ， ZHANG Jinle ， et al . Review of advances in fatigue S - N curve prediction models ［J］. Science Tech-nology and Engineering ， 2023 ， 23 （ 13 ）： 5390 - 5411 . （In Chinese）

杨龙，杨冰，阳光武，等 . 不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析［J］. 焊接学报， 2020 ， 41 （ 7 ）： 18 - 24 .

YANG Long ， YANG Bing ， YANG Guangwu ， et al . Analysis on fatigue characteristics of spot welded joints of stainless steel car body ［J］. Transactions of the China Welding Institution ， 2020 ， 41 （ 7 ）： 18 - 24 . （In Chinese）

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

EXPERIMENTAL STUDY AND ANALYSIS ON THE CHARACTERISTICS AND FATIGUE LIFE OF DUMBBELL PIN OF SCRAPER CONVEYOR

RESEARCH ON THE FATIGUE LIFE OF THE BOLTS AT ENGINE MOUNTS BASED ON ACCELERATION SIGNAL

INFLUENCE ANALYSIS OF SMALL AMPLITUDE LOAD CYCLE TO FATIGUE LIFE CALCULATION BASED ON FLIGHT PARAMETERS

STRUCTURAL STRENGTH AND LIFE ANALYSIS OF AN ELECTRIC DRIVE AXLE SHELL BASED ON THE MEASURED LOAD SPECTRUM

FATIGUE ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF TRANSVERSE STAILIZER BAR LINK BASED ON MEASURED LOAD SPECTRUM

Related Author

ZHANG DongSheng

LI LiuBang

YU HaiYang

ZHAO XiBei

LI HongJun

ZHENG SongLin

FENG JinZhi

XU KeJun

Related Institution

Institute of Mechanical Engineering,Liaoning Technical University

Graduate School,Liaoning Technical University

College of Mechanical Engineering, University of Shanghai for Science and Technology

Machinery Industry Key Laboratory for Mechanical Strength ＆ Reliability Evaluation of Auto Chassis Components

Qingdao Campus of Naval Aeronautical Engineering Institute

⁰