一种轴的屈服扭矩计算方法、工具、设备及存储介质与流程

1.本发明属于变速器轴的强度计算领域，涉及一种轴的屈服扭矩计算方法、工具、设备及存储介质，尤其是一种基于有限元计算结果的轴的屈服扭矩计算方法、工具、设备及存储介质。


背景技术：

2.在变速器轴的强度计算中，需要根据设计结构，得到轴的屈服扭矩，继而判断结构是否满足使用工况要求。通常轴类零件屈服扭矩是通过静扭实验结果选取得到的，但静扭实验需要实物，实验验证周期较长，实验成本高，无法及时判断轴类零件设计结构的强度是否满足实际要求。因此，设计一种能够代替静扭矩实验的方法来判断轴类零件屈服扭矩的方法以克服静扭矩实验需要实物、验证周期长以及实验成本高的缺点，是目前轴类强度计算中亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于有限元计算结果的轴的屈服扭矩计算方法、工具、设备及存储介质，来代替静扭矩实验获得轴类零件屈服扭矩，进而判断轴类零件设计结构的强度是否满足实际要求。
4.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
5.本发明提供一种轴的屈服扭矩计算方法，包括以下步骤：
6.计算轴的转角-扭矩关系，绘制转角-扭矩关系曲线；
7.确定刚度拟合置信度和初始刚度保有率；
8.根据刚度拟合置信度及转角-扭矩关系曲线，计算初始扭转刚度值；
9.根据转角-扭矩关系曲线，计算转角-扭矩关系曲线中各点扭转刚度值；
10.根据初始扭转刚度值和转角-扭矩关系曲线中各点扭转刚度值，计算转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率；
11.根据初始刚度保有率、转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率和转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值，计算轴的屈服扭矩点扭转刚度值；
12.根据轴的屈服扭矩点扭转刚度值，计算轴的屈服扭矩点扭矩值。
13.进一步地，所述刚度拟合置信度为0.999。
14.进一步地，所述初始刚度保有率为0.2。
15.进一步地，初始扭转刚度值的计算方法为：在转角-扭矩关系曲线中，从最小的点即第一个点开始，做线性拟合，得到初始扭转刚度值曲线，当拟合的扭转刚度值的置信水平达到刚度拟合置信度时，求得初始扭转刚度值。
16.进一步地，计算转角-扭矩关系曲线中各点扭转刚度值的方法为：在转角-扭矩关系曲线中，以最小的点为起始点，从第二个点开始，依次选取点，将选取的该点的上一个点值同该选取的点值以及该选取的点的下一个点值，三个点值之间做线性拟合，得到的扭转
刚度值为该选取的点的扭转刚度值。
17.进一步地，计算转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率的方法为：将转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值逐一除以初始扭转刚度值，得到各点的刚度保有率。
18.进一步地，轴的屈服扭矩点扭转刚度值的计算方法为：将计算得到转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率进行降序排列，选取第一个刚度保有率低于所确定的初始刚度保有率的点，并在该点和该点的上一个位点的中间做线性插值，使得该插值点的刚度保有率刚好为确定的初始刚度保有率，则得到的插值点的扭转刚度值即为轴的屈服扭矩点的扭转刚度值。
19.一种利用上述轴的屈服扭矩计算方法的计算工具，包括：
20.数据导入模块，将利用有限元分析软件计算得到的转角-扭矩关系数据导入到该屈服扭矩计算工具中并绘制转角-扭矩关系曲线图；
21.数值设置模块，用于确定刚度拟合置信度和初始刚度保有率；
22.初始扭转刚度计算模块，用于根据初始刚度拟合置信度及转角-扭矩关系曲线，计算初始扭转刚度值；
23.各点扭转刚度值计算模块，用于计算转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值；
24.各点刚度保有率计算模块，用于计算转角-扭矩关系曲线中各点刚度保有率；
25.轴的屈服扭矩点扭转刚度值计算模块，用于计算轴的屈服扭矩点的扭转刚度值；
26.轴的屈服扭矩点的扭矩值计算模块，用于计算轴的屈服扭矩点的扭矩值；
27.数据结果输出模块，用于绘制并显示轴的屈服扭矩点的扭转刚度变化曲线，并输出轴的屈服扭矩值结果。
28.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，在执行所述计算机程序时实现上述方法步骤。
29.一种计算机可读存储介质，用来存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述方法的步骤。
30.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
31.通过该方法能够快速计算轴类零件的屈服扭矩，不需要对实物轴类零件进行实验，大大缩短了轴类零件的屈服扭矩的计算周期，节约了计算成本，提高了计算效率。
32.其次，按照此方法计算完成的轴类屈服扭矩精度高，计算结果准确，设计原理简单、科学，依此方法设计的轴的屈服扭矩选取工具，操作简单，可快速得出轴的屈服扭矩值，更能直观判断轴类零件屈服强度设计是否满足设计要求。
附图说明
33.为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
34.图1为本发明的轴的屈服扭矩计算方法流程图。
35.图2为本发明的实施例中的轴的有限元分析图。
36.图3为本发明的实施例中轴的屈服扭矩计算结果曲线图。
具体实施方式
37.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
40.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
41.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
42.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
44.参见图1至图2，首先，利用有限元分析软件对需要分析屈服扭矩的轴进行有限元建模。将啮合花键耦合到花键与轴啮合的切点a和与a对应的点b，a点自由度全约束，在b点施加绕轴向扭矩m＝25000nm，设置最大增量步为0.05。然后将模型提交计算，得到有限元分析结果，提取a点随增量步的扭矩值，提取b点随增量步的转角值，将b点转角值的单位由“弧度”折算为“度”；
45.将转角值与扭矩值一一对应，即得到轴的转角—扭矩关系表格，如下表所示：
46.有限元计算得到的转角—扭矩关系表
[0047][0048][0049]
参见图3，绘制转角-扭矩关系曲线图。
[0050]
设置刚度拟合置信度r2最小值为0.999，设置初始刚度保有率为0.2，该值是通过大量的试验数据处理得到，当刚度保有率设计为0.2，能够更精准地预测轴的屈服扭矩值。
[0051]
在转角-扭矩关系曲线中，从最小的点即第一个点开始，对点的扭转刚度值做线性拟合，得到初始扭转刚度值曲线，当拟合的扭转刚度值的置信水平达到置信度r2为0.999时，求得初始扭转刚度值和初始扭转刚度值的点个数，该操作能够使完成计算的初始扭转刚度值精度较高。
[0052]
在转角-扭矩关系曲线中，以最小的点为起始点，从第二个点开始，依次选取点，将选取的点的上一个点的点值同该选取的点值以及该选取的点的下一个点值，三点的扭转刚度值之间做线性拟合，得到的扭转刚度值为该选取的点的扭转刚度值，以此方法计算得到转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值。
[0053]
将转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值分别除以初始扭转刚度值，得到转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率，所述刚度保有率是轴类结构屈服扭矩判断的直接标
准。
[0054]
将转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率按从大到小的顺序排列，找到第一个刚度保有率低于设定的初始刚度保有率0.2的点，并在该点和该点的上一个点之间做线性插值，使得插值点的刚度保有率刚好为设定值0.2，得到的插值点的扭转刚度值即为轴的屈服扭矩点的扭转刚度值，最后根据轴的屈服扭矩点的扭转刚度值，即可计算出轴的屈服扭矩点的扭矩值。
[0055]
按此轴的屈服扭矩计算方法设计的轴的屈服扭矩计算工具，该工具包括：
[0056]
数据导入模块，将利用有限元分析软件计算得到的转角-扭矩关系数据导入到该屈服扭矩计算工具中，并绘制转角-扭矩关系曲线图；
[0057]
数值设置模块，用于确定刚度拟合置信度r2为0.999和初始刚度保有率为0.2；
[0058]
初始扭转刚度计算模块，用于根据初始刚度拟合置信度及转角-扭矩关系曲线，计算初始扭转刚度值；
[0059]
各点扭转刚度值计算模块，用于根据转角-扭矩关系曲线，计算转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值；
[0060]
各点刚度保有率计算模块，用于根据初始扭转刚度值和转角-扭矩关系曲线中各点扭转刚度值，计算转角-扭矩关系曲线中各点刚度保有率；
[0061]
轴的屈服扭矩点扭转刚度值计算模块，用于根据初始刚度保有率0.2、转角-扭矩关系曲线中各点的刚度保有率和转角-扭矩关系曲线中各点的扭转刚度值，计算轴的屈服扭矩点的扭转刚度值；
[0062]
轴的屈服扭矩点的扭矩值计算模块，用于根据轴的屈服扭矩点的扭转刚度值，计算轴的屈服扭矩点的扭矩值；
[0063]
数据结果输出模块，用于绘制并显示轴的屈服扭矩点的扭转刚度变化曲线，并输出轴的屈服扭矩值的结果。
[0064]
使用时，可以在屈服扭矩计算工具的设置界面输入设置刚度拟合置信度0.999和初始刚度保有率0.2，点击选择数据，将通过有限元分析软件得到的转角-扭矩关系表格导入到该屈服扭矩选取工具中，点击计算分析，即可通过各个模块完成对应的计算。最后，在数据结果输出模块中输出最终结果并显示。
[0065]
本发明提供一种终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能。
[0066]
所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。
[0067]
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
[0068]
所述处理器可以是中央处理单元(centralprocessingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分
立硬件组件等。
[0069]
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述终端设备的各种功能。
[0070]
所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
[0071]
本发明基于有限元计算结果，提取转角-扭矩关系，通过设置刚度拟合置信度r2和初始刚度保有率，计算各点初始扭转刚度值，计算转角-扭矩关系曲线中各点扭转刚度值和各点的刚度保有率，最终计算得到轴的屈服扭矩点的扭转刚度值和扭矩值。运用本发明方法成功取代类似于静扭试验的轴的屈服扭矩计算方法，解决了由于静扭实物验证周期较长，验证成本高的问题，可以及时、有效、快捷地计算出轴的屈服扭矩点值，减小了轴类零件设计的改动次数，提高了轴类零件的设计效率。
[0072]
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。