CN114491832A - 一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于内啮合齿轮泵技术领域，具体涉及一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，通过对选取的M种耐磨涂层材料进行分析，考虑材料参数的不确定性及耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性，设计M*a*b种耐磨涂层方案；接着，对M*a*b种耐磨涂层方案进行涂覆试验，并对试验结果进行拟合，通过建模，找到磨损量与材料成分配比、涂覆厚度之间的函数关系，通过求解此模型的最小值与极小值，找出M*a*b种耐磨涂层方案中最优的耐磨涂层方案作为目标耐磨涂层；通过对不确定性参数的可靠性灵敏度进行计算，得到了各不确定性参数分别对齿轮泵可靠性的影响敏感程度，选取影响较大的不确定性参数，对选取出的影响较大的不确定性参数进行进一步地优化赋值，得到目标耐磨涂层。
Description
技术领域
本发明属于内啮合齿轮泵技术领域，具体涉及一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法。
背景技术
目前，齿轮泵在泵类元件中有非常大的用途，相对于其他类型的泵，它在市场中的产量及使用量是最大的。然而，齿轮泵在使用过程中常常会出现性能退化的现象，进而造成寿命终结，其主要原因就是齿轮泵在使用过程中发生了磨损。如泵的关键部位磨损过大，由此会造成齿轮泵容积效率的下降，随着使用时间的增长，效率下降会更加明显。
齿轮泵的磨损主要出现在三个部位：齿轮端面与浮动侧板、齿顶与壳体内腔、齿轮齿面；齿轮在实际工作过程中，液压油中会含有各种污染物颗粒，再加上浮动侧板受到颠覆力矩的作用，使得齿轮端面与浮动侧板之间的磨损量最为严重。泵壳内齿顶圆与壳体几乎是完全接触的，接触长度比较大，使得每个轮齿所受到的压力比较小，但当齿轮泵工作压力较高时，齿顶与壳体内表面会出现较大的划痕，磨损加重。随着齿轮泵工作压力的增大，主动轮与从动轮之间的啮合力也会增大，并且主动轮与从动轮之间的油膜厚度会减小，从而会使齿轮齿面的磨损进一步加剧。针对上述齿轮泵出现的磨损问题，现有方法通过使用涂层涂覆的方法保护齿轮泵，但却未考虑涂层的材料属性的不均匀性与涂层厚度的不均匀性。本发明通过对耐磨涂层进行筛选，同时在考虑涂层材料的属性不均匀性与涂覆厚度的不均匀性情况下，对耐磨涂层进行筛选，并通过可靠性灵敏度分析对耐磨涂层与齿轮泵进行多次优化，从而实现了齿轮泵可靠性的提升。
发明内容
本发明提供一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，考虑涂层材料的属性不均匀性与涂覆厚度不均匀性的情况下，对材料的物理参数进行初步优化；然后，利用对涂覆涂层后的齿轮泵进行可靠性灵敏度分析，对齿轮泵与涂层材料的结构、物理属性进一步优化，从而实现齿轮泵可靠性的进一步提升。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、确定试验对象：
从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为高压内啮合齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，从N种耐磨涂层材料中选取M种耐磨涂层材料作为试验对象；
步骤S2、从试验对象的材料参数的不确定性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，基于每种耐磨涂层材料的材料成分重新进行a次配比，共产生M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料；
步骤S3、从高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，设定每种耐磨涂层材料具有b种不同的涂覆厚度，结合步骤S2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料，得到M*a*b种耐磨涂层方案；
步骤S4、获取M*a*b种耐磨涂层方案的磨损数据：
在高压工况下，制备M*a*b种耐磨涂层分别涂覆于高压内啮合齿轮泵上进行磨损实验，获得M*a*b种耐磨涂层方案的磨损量数据；
步骤S5、选取初始耐磨涂层：
S5.1、对步骤S4中获取的M*a*b种耐磨涂层磨损量数据进行拟合，建立磨损量与上述M*a种不同材料参数耐磨涂层材料的成分配比、b种不同涂覆厚度之间的函数关系；
S5.2、从步骤S5.1中建立的函数关系中，选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层；
步骤S6、获取目标耐磨涂层：
S6.1、基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，不确定性参数包括未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的结构尺寸、涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的装配尺寸、耐磨涂层材料的成分配比、不同涂覆厚度、油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数、齿轮泵内壁的弹性模量；
S6.2、依据建立的高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，对涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵进行可靠性评估，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；
S6.3、计算步骤S6.1中不确定性参数的可靠性灵敏度，并进行赋值重新优化，得到优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；
S6.4、将步骤S6.3中建立的涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)与步骤S6.2中的涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)进行对比；
S6.5、当步骤S6.4中对比结果为优化后的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，则此次赋值优化对应的不确定性参数及对应的耐磨涂层材料配比为目标耐磨涂层；反之重复步骤S6.3直至优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，获取目标耐磨涂层；
步骤S7、实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升：
根据步骤S6.6获得的目标耐磨涂层对应的材料参数和涂覆厚度，制备耐磨涂层试样，并将制备的耐磨涂层试样涂覆至高压内啮合齿轮泵上，实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S1中，M种耐磨涂层材料的选取方法，具体步骤如下：
S1.1、从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，N的取值范围为20≤N≤30；
S1.2、确定需要进行试验的耐磨涂层材料数量为M种，M的取值范围为10≤M≤15；
S1.3、采用专家评分法对筛选出的N种耐磨涂层材料进行评分，按照评分由高到低选出评分靠前的M种耐磨涂层材料作为试验对象。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S1.3中采用专家评分法从N种耐磨涂层材料中筛选出M种耐磨涂层材料的步骤如下：
S1.3.1、确定参与评分的专家人数为R；
S1.3.2、R位专家均对筛选出的M种耐磨涂层材料进行评分，评分依据为四项性能，四项性能包括耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、齿轮泵内壁材料结合强度性能，每项性能最高评分均为10分；记第i位专家对第j种涂层材料的耐高温性能评分为(Ti)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐磨损性能评分为(Wi)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐腐蚀性能评分为(Ci)j；第i位专家对第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能评分为(Ii)j；
S1.3.3、根据步骤S1.3.2中R位专家的评分，求得第j种涂层材料的四项性能的平均分，具体计算公式如下：
其中，i＝1,2，…，R；j＝1,2，…，N；AVERAGE(Ti)j为第j种耐磨涂层材料的耐高温性能的平均分数；AVERAGE(Wi)j为第j种耐磨涂层材料的耐磨损性能的平均分数；AVERAGE(Ci)j为第j种涂层材料的耐腐蚀性能的平均分数；AVERAGE(Ii)j为第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的平均分数；
S1.3.4、赋予四项性能的平均分分配系数Qi,求解N种耐磨涂层材料的综合总分，具体计算公式如下：
Gj＝Q1·AVERAGE(Ti)j+Q2·AVERAGE(Ti)j+Q3·AVERAGE(Ti)j+Q4·AVERAGE(Ti)j；
其中，Gj为第j种涂层材料的综合总分；Q1为耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数；Q2为耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数；Q3为耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数；Q4为耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数；Q1+Q2+Q3+Q4＝1；
S1.3.5、将步骤S1.3.4中得到的N种耐磨涂层材料的综合总分由高到低进行排序，并挑选综合总分靠前的M种耐磨涂层材料。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S1.3.4中耐磨涂层材料的分配系数取值为，耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数Q1取值为0.1；耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数Q2取值为0.4；耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数Q3取值为0.2；耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数Q4取值为0.3。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S2中，M种耐磨涂层材料的材料参数均包括密度、泊松比、弹性模量、比热容、热膨胀系数、热传导率、塑性形变。
作为本发明的进一步优选，步骤S3中制备M*a*b种耐磨涂层，具体包括以下步骤：
步骤S3.1、设置高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度范围：
高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置分别为泵体内壁、内齿轮外侧、内齿轮齿面、外齿轮齿面、外齿轮的两侧端面、内齿轮的两侧端面、两个浮动侧板、月牙副板上靠近内齿轮一侧以及月牙主板上靠近外齿轮一侧；
将泵体内壁所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、两个浮动侧板所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙副板上靠近内齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙主板上靠近外齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围均设置为[c,d]；
步骤S3.2、因所述步骤S3.1中高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置的涂覆厚度范围均为[c,d]，因此在涂覆厚度范围[c,d]内均匀取b个值，得到一组b个水平、9个元素的实验数据；
步骤S3.3、基于步骤S3.2中的一组实验数据，通过均匀设计试验法，得到b种不同涂覆厚度；
步骤S3.4、将步骤2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料中的每一种耐磨涂层材料进行b种不同涂覆厚度的组合试验,制备出M*a*b种耐磨涂层涂覆试样。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S5.2中选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层的步骤如下：
S5.2.1、将选取的磨损量最小值记为Δ0；
S5.2.2、建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系：
记M种耐磨涂层材料中的第j种材料为Aj，j＝1，2，…，M；设定第j种材料Aj中对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分有k种，k种对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分的材料配比分别为j1，j2，…，jk；记高压内啮合齿轮泵上9个位置处的涂覆厚度依次分别为δ1,δ2,…,δ9，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系为H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)；
S5.2.3、获取上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外设定的误差阈值范围内所有极小值：
求解上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外的所有极小值，记H中最小磨损值为Δmin，除磨损量为Δmin外的所有极小值共有m个，分别记为Δ1,Δ2,…,Δm；
从m个极小值中选取设定的误差阈值内的极小值，设定误差阈值为ε，ε＞0,求解εk＝|Δk-Δmin|，其中，εk为m个极小值中第k个极小值的误差阈值，k＝1,2,…,m；
选出满足误差阈值在ε以内的所有极小值，并获得满足误差阈值在ε以内的所有极小值对应的耐磨涂层的材料配比和9个涂覆厚度值；
S5.2.4、设步骤S5.2.3中满足误差阈值在ε以内的极小值有e个，分别记作Δk1，Δk2，…，Δke；根据步骤S5.2.3获得的最小磨损值Δmin、e个满足误差阈值在ε以内的极小值Δk1，Δk2，…，Δke下对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值，制备对应的耐磨涂层；将所制备的耐磨涂层涂覆至高压内啮合齿轮泵上，进行相同工况下的试验，分别获得试验磨损量Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke；
S5.2.5、比较Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke之间的大小关系，挑选出磨损量最小值Δ，Δ＝min{Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke}，将Δ所对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值作为初始耐磨涂层。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S5.2.2中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7、δ8以及δ9的取值范围均满足[c,d]；且δ5、δ6满足关系式：2δ5+B1＝2δ6+B2，其中B1为外齿轮齿宽，B2为内齿轮齿宽。
作为本发明的进一步优选，所述步骤S6.1基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型具体步骤如下：
S6.1.1、将未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵各零部件的结构尺寸分别记为L1，L2，…，Lw；涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵上需要涂覆耐磨涂层的各处的装配尺寸分别记为D1，D2，…，Dv；油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数记为f、齿轮泵内壁的弹性模量记为E；
S6.1.2、采用Kriging模型，分别建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵之间的磨损量与所述不确定性参数之间的函数关系：
C(t)＝h(L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E)
其中，C(t)为涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量；
所述步骤S6.2具体步骤如下：
S6.2.1、建立涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的功能函数为g(X)：
g(X)＝C0-C(t)
X为不确定性参数向量，X＝[L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E]T；C0为导致失效的最低磨损量；
S6.2.2、运用鞍点逼近法，结合得到的g(X)，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；
所述步骤S6.3具体步骤如下：
S6.3.1、采用矩阵微分技术，计算不确定性参数L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E均值的灵敏度；
S6.3.2、依据步骤S6.3.1中计算得到的灵敏度，对不确定性参数重新赋值进行优化，得到优化后的不确定性参数，根据优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；
步骤S6.5具体为，当步骤S6.4中对比结果为R1(t)优于R(t)时，此时R1(t)中对应的优化后的不确定性参数与所述初始耐磨涂层组成目标耐磨涂层；当对比结果为R1(t)差于R(t)时，计算优化后的不确定性参数均值的灵敏度，依据优化后的不确定性参数均值的灵敏度，对优化后的不确定性参数重新赋值进行优化，得到再次优化后的不确定性参数，根据再次优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R2(t)，将R2(t)与R(t)进行对比，如此反复进行迭代i次直至重新赋值进行优化后得到的Ri(t)优于R(t)为止。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过对选取的M种耐磨涂层材料进行分析，考虑耐磨涂层材料的材料参数的不确定性及高压内啮合齿轮泵上各处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性，设计了M*a*b种耐磨涂层方案，这样，可以获得较好的耐磨涂层材料的材料参数与涂覆厚度；接着，对离散化的M*a*b种耐磨涂层方案进行涂覆试验，并对试验结果进行拟合，通过建模的方式，找到磨损量与材料成分配比、涂覆厚度之间的函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)，通过求解此模型的最小值与极小值，找出M*a*b种耐磨涂层方案中最优的耐磨涂层方案作为初始耐磨涂层；
2、本发明后又通过对不确定性参数的可靠性灵敏度进行计算，得到了各不确定性参数分别对齿轮泵可靠性的影响敏感程度，对不确定性参数灵感度进行进一步地赋值优化，从根本上又优化了不确定性参数，保证满足所设定的齿轮泵可靠性要求，使得涂覆方案进一步优化。
3、通常情况下，在高压内啮合齿轮泵的制造过程中，由于加工误差的存在，外齿轮的齿宽B1与内齿轮齿宽B2并不完全相等；这就导致齿轮泵在进行轴向补偿时，浮动侧板仅与外齿轮或仅与内齿轮发生接触，接触面积小，极易发生磨损；本发明通过在外齿轮两端面涂覆相同厚度为δ5的耐磨涂层，在内齿轮两端面涂覆相同厚度为δ6的耐磨涂层，且满足2δ5+B1＝2δ6+B2，这样，浮动侧板就同时与外齿轮、内齿轮发生接触，接触面积大，不易发生磨损，延长了齿轮泵的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明高压内啮合齿轮泵可靠性提升方法的设计流程图。
图2为本发明的目标耐磨涂层优化设计流程图。
图3为本发明磨损量曲线示意图。
图4为本发明中可靠性优化曲线示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种优选实施方案，如图1至图3所示，一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，具体包括以下步骤：
步骤S1、确定试验对象：
从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为高压内啮合齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，从N种耐磨涂层材料中选取M种耐磨涂层材料作为试验对象，作为试验对象的M种耐磨涂层材料具有耐高温、耐磨损、耐腐蚀、与齿轮泵内壁材料结合强度高的特点；试验对象的选取具体包括如下步骤：
S1.1、从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，N的取值范围为20≤N≤30；
S1.2、确定需要进行试验的耐磨涂层材料数量为M种，M的取值范围为10≤M≤15；
S1.3、采用专家评分法对筛选出的N种耐磨涂层材料进行评分，按照评分由高到低选出评分靠前的M种耐磨涂层材料作为试验对象；
S1.3.1、确定参与评分的专家人数为R；
S1.3.2、R位专家均对筛选出的M种耐磨涂层材料进行评分，评分依据为四项性能，四项性能包括耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、齿轮泵内壁材料结合强度性能，每项性能最高评分均为10分；记第i位专家对第j种涂层材料的耐高温性能评分为(Ti)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐磨损性能评分为(Wi)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐腐蚀性能评分为(Ci)j；第i位专家对第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能评分为(Ii)j；
S1.3.3、根据步骤S1.3.2中R位专家的评分，求得第j种涂层材料的四项性能的平均分，具体计算公式如下：
其中，i＝1,2，…，R；j＝1,2，…，N；AVERAGE(Ti)j为第j种耐磨涂层材料的耐高温性能的平均分数；AVERAGE(Wi)j为第j种耐磨涂层材料的耐磨损性能的平均分数；AVERAGE(Ci)j为第j种涂层材料的耐腐蚀性能的平均分数；AVERAGE(Ii)j为第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的平均分数；
S1.3.4、赋予四项性能的平均分分配系数Qi,求解N种耐磨涂层材料的综合总分，具体计算公式如下：
Gj＝Q1·AVERAGE(Ti)j+Q2·AVERAGE(Ti)j+Q3·AVERAGE(Ti)j+Q4·AVERAGE(Ti)j；
其中，Gj为第j种涂层材料的综合总分；Q1为耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数；Q2为耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数；Q3为耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数；Q4为耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数；Q1+Q2+Q3+Q4＝1；
其中，耐磨涂层材料的分配系数取值分别为，耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数Q1取值为0.1；耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数Q2取值为0.4；耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数Q3取值为0.2；耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数Q4取值为0.3。
S1.3.5、将步骤S1.3.4中得到的N种耐磨涂层材料的综合总分由高到低进行排序，并挑选综合总分靠前的M种耐磨涂层材料。
步骤S2、从试验对象的材料参数的不确定性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，基于每种耐磨涂层材料的材料成分重新进行a次配比，共产生M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料；
其中，M种耐磨涂层材料的材料参数均包括密度、泊松比、弹性模量、比热容、热膨胀系数、热传导率、塑性形变。
步骤S3、从高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，设定每种耐磨涂层材料具有b种不同的涂覆厚度，结合步骤S2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料，得到M*a*b种耐磨涂层方案，具体步骤如下：
步骤S3.1、设置高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度范围：
高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置分别为泵体内壁、内齿轮外侧、内齿轮齿面、外齿轮齿面、外齿轮的两侧端面、内齿轮的两侧端面、两个浮动侧板、月牙副板上靠近内齿轮一侧以及月牙主板上靠近外齿轮一侧；关于9个位置的选取，是基于齿轮泵的磨损主要出现在三个部位，齿轮端面与浮动侧板、齿顶与壳体内腔、齿轮齿面；因此选择上述高压内啮合齿轮泵上9个位置进行涂覆厚度不均匀性的研究。
将泵体内壁所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、两个浮动侧板所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙副板上靠近内齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙主板上靠近外齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围均设置为[c,d]；
步骤S3.2、因所述步骤S3.1中高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置的涂覆厚度范围均为[c,d]，因此在涂覆厚度范围[c,d]内均匀取b个值，得到一组b个水平、9个元素的实验数据；
步骤S3.3、基于步骤S3.2中的一组实验数据，通过均匀设计试验法，得到b种不同层涂覆厚度；
步骤S3.4、将步骤2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料中的每一种耐磨涂层材料进行b种不同涂覆厚度的组合试验,制备出M*a*b种耐磨涂层涂覆试样。
所述步骤S3.4中耐磨涂层制备及涂覆过程如下：
步骤S3.4.1、根据均匀设计法所设计的M*a*b种耐磨涂层的材料配比方案，按照每种材料配比将各种粉末混合均匀，然后在球磨机上进行球磨混合，获得各耐磨涂层基础粉料；
步骤S3.4.2、按照所述步骤3.1中高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置，将步骤S3.4.1中所获得的各耐磨涂层基础粉料均匀涂覆于高压内啮合齿轮泵上9个相应位置；
步骤S3.4.3、在密闭空间中通入惰性气体，并将涂覆好耐磨涂层试样的高压内啮合齿轮泵置于密闭空间中，进行涂层材料的表面烧结，完成涂层材料的制备及涂覆过程。
步骤S4、获取M*a*b种耐磨涂层方案的磨损数据
在高压工况下，制备M*a*b种耐磨涂层分别涂覆于高压内啮合齿轮泵上进行磨损实验，获得M*a*b种耐磨涂层的磨损量数据。
步骤S5、选取初始耐磨涂层：
S5.1、对步骤S4中获取的M*a*b种耐磨涂层磨损量数据进行拟合，建立磨损量与上述M*a种不同材料参数耐磨涂层材料的成分配比、b种不同涂覆厚度之间的函数关系；
S5.2、从步骤S5.1中建立的函数关系中，选取磨损量最小值(也就是步骤S5.1中建立的函数关系求得的最优值)，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层；
选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层的步骤如下：
S5.2.1、将选取的磨损量最小值记为Δ0；
S5.2.2、建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系：
记M种耐磨涂层材料中的第j种材料为Aj，j＝1，2，…，M；设定第j种材料Aj中对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分有k种，k种对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分的材料配比分别为j1，j2，…，jk；记高压内啮合齿轮泵上9个位置处的涂覆厚度依次分别为δ1,δ2,…,δ9，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系为H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)；
其中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7、δ8以及δ9的取值范围均满足[c,d]；且δ5、δ6满足关系式：2δ5+B1＝2δ6+B2，其中B1为外齿轮齿宽，B2为内齿轮齿宽。
S5.2.3、获取上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外设定的误差阈值范围内所有极小值：
求解上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外的所有极小值，记H中最小磨损值为Δmin，除磨损量为Δmin外的所有极小值共有m个，分别记为Δ1,Δ2,…,Δm；
从m个极小值中选取设定的误差阈值内的极小值，设定误差阈值为ε，ε＞0,求解εk＝|Δk-Δmin|，其中，εk为m个极小值中第k个极小值的误差阈值，k＝1,2,…,m；
选出满足误差阈值在ε以内的所有极小值，并获得满足误差阈值在ε以内的所有极小值对应的耐磨涂层的材料配比和9个涂覆厚度值。
S5.2.4、设步骤S5.2.3中满足误差阈值在ε以内的极小值有e个，分别记作Δk1，Δk2，…，Δke；根据步骤S5.2.3获得的最小磨损值Δmin、e个满足误差阈值在ε以内的极小值Δk1，Δk2，…，Δke下对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值，制备对应的耐磨涂层；将所制备的耐磨涂层涂覆至高压内啮合齿轮泵上，进行相同工况下的试验，分别获得试验磨损量Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke；
其中，进行相同工况试验的具体方案如下：设置相同的高压工况、相同的初始温度、相同的齿轮泵输入转速、相同的流体作为输送介质、相同的工作时间。
S5.2.5、比较Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke之间的大小关系，挑选出磨损量最小值Δ，Δ＝min{Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke}，得到Δ所对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值作为初始耐磨涂层。
如图2所示，将涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的9个指定位置，进行时间为t0的磨损试验后，得到优于步骤S5.2中的Δ，Δ所对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值，Δ所对应的耐磨涂层磨损量更低，抗耐磨性能更好。
步骤S6、获取目标耐磨涂层：
S6.1、基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，不确定性参数包括未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵各零部件的结构尺寸、涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的装配尺寸、耐磨涂层材料的成分配比、不同涂覆厚度、油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数、齿轮泵内壁的弹性模量；
所述步骤S6.1基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型具体步骤如下：
S6.1.1、将未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵各零部件的结构尺寸分别记为L1，L2，…，Lw；涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵上需要涂覆耐磨涂层的各处的装配尺寸分别记为D1，D2，…，Dv；油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数记为f、齿轮泵内壁的弹性模量记为E；未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵各零部件的结构尺寸是指齿轮泵各个零部件的几何尺寸；涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵上需要涂覆耐磨涂层的各处的装配尺寸是指齿轮泵涂覆有耐磨涂层后，各个零部件的几何尺寸；
S6.1.2、采用Kriging模型，分别建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵之间的磨损量与所述不确定性参数之间的函数关系：
C(t)＝h(L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E)
其中，C(t)为涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量。
S6.2、依据建立的高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，对涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵进行可靠性评估，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)，具体步骤如下：
S6.2.1、建立涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的功能函数为g(X)：
g(X)＝C0-C(t)
X为不确定性参数向量，X＝[L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E]T；C0为导致失效的最低磨损量；
S6.2.2、运用鞍点逼近法，结合得到的g(X)，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)。
S6.3、计算步骤S6.1中不确定性参数的可靠性灵敏度，并进行赋值重新优化，得到优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)，具体步骤如下：
S6.3.1、采用矩阵微分技术，计算不确定性参数L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E均值的灵敏度；
S6.3.2、依据步骤S6.3.1中计算得到的灵敏度，对不确定性参数重新赋值进行优化，得到优化后的不确定性参数，根据优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)。
S6.4、将步骤S6.3中建立的涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)与步骤S6.2中的涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)进行对比。
S6.5、当步骤S6.4中对比结果为优化后的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，则此次赋值优化对应的不确定性参数及对应的耐磨涂层材料配比为目标耐磨涂层；反之重复步骤S6.3直至优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，获取目标耐磨涂层；
具体为，当步骤S6.4中对比结果为R1(t)优于R(t)时，此时R1(t)中对应的优化后的不确定性参数与所述初始耐磨涂层组成目标耐磨涂层；当对比结果为R1(t)差于R(t)时，计算优化后的不确定性参数均值的灵敏度，依据优化后的不确定性参数均值的灵敏度，对优化后的不确定性参数重新赋值进行优化，得到再次优化后的不确定性参数，根据再次优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R2(t)，将R2(t)与R(t)进行对比，如此反复进行迭代i次直至重新赋值进行优化后得到的Ri(t)优于R(t)为止。
如图3所示，涂覆有步骤S5.2.1中所述M*a*b种耐磨涂层材料中最优耐磨涂层(初始耐磨涂层)的高压内啮合齿轮泵的可靠性衰退为R0的时间为t1；涂覆有步骤S5.2.5中通过建立函数关系选出的最优耐磨涂层(Δ)的高压内啮合齿轮泵的可靠性衰退为R0的时间为t2；涂覆有步骤S6.6中通过可靠性灵敏度分析、优化设计，最终选出的最优耐磨涂层(目标耐磨涂层)的高压内啮合齿轮泵的可靠性衰退为R0的时间为t3；很明显地，t1<t2<t3，通过本发明的筛选、优化方法，实现了涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性逐步提升。
步骤S7、实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升：
根据步骤S6.6获得的目标耐磨涂层对应的材料参数和涂覆厚度，制备耐磨涂层试样，并将制备的耐磨涂层试样涂覆至高压内啮合齿轮泵上，实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤S1、确定试验对象：
从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为高压内啮合齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，从N种耐磨涂层材料中选取M种耐磨涂层材料作为试验对象；
步骤S2、从试验对象的材料参数的不确定性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，基于每种耐磨涂层材料的材料成分重新进行a次配比，共产生M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料；
步骤S3、从高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度不均匀性方面出发，进行以下试验：
针对选出的M种耐磨涂层材料，设定每种耐磨涂层材料具有b种不同的涂覆厚度，结合步骤S2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料，得到M*a*b种耐磨涂层方案；
步骤S4、获取M*a*b种耐磨涂层方案的磨损数据：
在高压工况下，制备M*a*b种耐磨涂层分别涂覆于高压内啮合齿轮泵上进行磨损实验，获得M*a*b种耐磨涂层方案的磨损量数据；
步骤S5、选取初始耐磨涂层：
S5.1、对步骤S4中获取的M*a*b种耐磨涂层磨损量数据进行拟合，建立磨损量与上述M*a种不同材料参数耐磨涂层材料的成分配比、b种不同涂覆厚度之间的函数关系；
S5.2、从步骤S5.1中建立的函数关系中，选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层；
步骤S6、获取目标耐磨涂层：
S6.1、基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，不确定性参数包括未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的结构尺寸、涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的装配尺寸、耐磨涂层材料的成分配比、不同涂覆厚度、油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数、齿轮泵内壁的弹性模量；
S6.2、依据建立的高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型，对涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵进行可靠性评估，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；
S6.3、计算步骤S6.1中不确定性参数的可靠性灵敏度，并进行赋值重新优化，得到优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；
S6.4、将步骤S6.3中建立的涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)与步骤S6.2中的涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)进行对比；
S6.5、当步骤S6.4中对比结果为优化后的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，则此次赋值优化对应的不确定性参数及对应的耐磨涂层材料配比为目标耐磨涂层；反之重复步骤S6.3直至优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性评估优于涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性评估，获取目标耐磨涂层；
步骤S7、实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升：
根据步骤S6.6获得的目标耐磨涂层对应的材料参数和涂覆厚度，制备耐磨涂层试样，并将制备的耐磨涂层试样涂覆至高压内啮合齿轮泵上，实现有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵整体可靠性提升。
2.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1中，M种耐磨涂层材料的选取方法，具体步骤如下：
S1.1、从常用的耐磨涂层材料中筛选出可以作为齿轮泵耐磨涂层的N种耐磨涂层材料，N的取值范围为20≤N≤30；
S1.2、确定需要进行试验的耐磨涂层材料数量为M种，M的取值范围为10≤M≤15；
S1.3、采用专家评分法对筛选出的N种耐磨涂层材料进行评分，按照评分由高到低选出评分靠前的M种耐磨涂层材料作为试验对象。
3.根据权利要求2所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1.3中采用专家评分法从N种耐磨涂层材料中筛选出M种耐磨涂层材料的步骤如下：
S1.3.1、确定参与评分的专家人数为R；
S1.3.2、R位专家均对筛选出的M种耐磨涂层材料进行评分，评分依据为四项性能，四项性能包括耐高温性能、耐磨损性能、耐腐蚀性能、齿轮泵内壁材料结合强度性能，每项性能最高评分均为10分；记第i位专家对第j种涂层材料的耐高温性能评分为(Ti)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐磨损性能评分为(Wi)j；第i位专家对第j种涂层材料的耐腐蚀性能评分为(Ci)j；第i位专家对第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能评分为(Ii)j；
S1.3.3、根据步骤S1.3.2中R位专家的评分，求得第j种涂层材料的四项性能的平均分，具体计算公式如下：
其中，i＝1,2，…，R；j＝1,2，…，N；AVERAGE(Ti)j为第j种耐磨涂层材料的耐高温性能的平均分数；AVERAGE(Wi)j为第j种耐磨涂层材料的耐磨损性能的平均分数；AVERAGE(Ci)j为第j种涂层材料的耐腐蚀性能的平均分数；AVERAGE(Ii)j为第j种涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的平均分数；
S1.3.4、赋予四项性能的平均分分配系数Qi,求解N种耐磨涂层材料的综合总分，具体计算公式如下：
Gj＝Q1·AVERAGE(Ti)j+Q2·AVERAGE(Ti)j+Q3·AVERAGE(Ti)j+Q4·AVERAGE(Ti)j；
其中，Gj为第j种涂层材料的综合总分；Q1为耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数；Q2为耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数；Q3为耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数；Q4为耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数；Q1+Q2+Q3+Q4＝1；
S1.3.5、将步骤S1.3.4中得到的N种耐磨涂层材料的综合总分由高到低进行排序，并挑选综合总分靠前的M种耐磨涂层材料。
4.根据权利要求3所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S1.3.4中耐磨涂层材料的分配系数取值为，耐磨涂层材料耐高温性能的分配系数Q1取值为0.1；耐磨涂层材料耐磨损性能的分配系数Q2取值为0.4；耐磨涂层材料耐腐蚀性能的分配系数Q3取值为0.2；耐磨涂层材料与齿轮泵内壁材料结合强度性能的分配系数Q4取值为0.3。
5.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S2中，M种耐磨涂层材料的材料参数均包括密度、泊松比、弹性模量、比热容、热膨胀系数、热传导率、塑性形变。
6.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：步骤S3中制备M*a*b种耐磨涂层，具体包括以下步骤：
步骤S3.1、设置高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置处耐磨涂层的涂覆厚度范围：
高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置分别为泵体内壁、内齿轮外侧、内齿轮齿面、外齿轮齿面、外齿轮的两侧端面、内齿轮的两侧端面、两个浮动侧板、月牙副板上靠近内齿轮一侧以及月牙主板上靠近外齿轮一侧；
将泵体内壁所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮齿面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、外齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、内齿轮的两侧端面所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、两个浮动侧板所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙副板上靠近内齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围、月牙主板上靠近外齿轮一侧所需耐磨涂层的涂覆厚度范围均设置为[c,d]；
步骤S3.2、因所述步骤S3.1中高压内啮合齿轮泵上9个需要涂覆耐磨涂层的位置的涂覆厚度范围均为[c,d]，因此在涂覆厚度范围[c,d]内均匀取b个值，得到一组b个水平、9个元素的实验数据；
步骤S3.3、基于步骤S3.2中的一组实验数据，通过均匀设计试验法，得到b种不同涂覆厚度；
步骤S3.4、将步骤2中产生的M*a种不同材料参数的耐磨涂层材料中的每一种耐磨涂层材料进行b种不同涂覆厚度的组合试验,制备出M*a*b种耐磨涂层涂覆试样。
7.根据权利要求1所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S5.2中选取磨损量最小值，所对应的耐磨涂层材料的成分配比和涂覆厚度作为初始耐磨涂层的步骤如下：
S5.2.1、将选取的磨损量最小值记为Δ0；
S5.2.2、建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系：
记M种耐磨涂层材料中的第j种材料为Aj，j＝1，2，…，M；设定第j种材料Aj中对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分有k种，k种对耐磨涂层材料耐磨特性有影响的材料成分的材料配比分别为j1，j2，…，jk；记高压内啮合齿轮泵上9个位置处的涂覆厚度依次分别为δ1,δ2,…,δ9，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量H与耐磨涂层的材料配比、涂覆厚度之间的函数关系为H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)；
S5.2.3、获取上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外设定的误差阈值范围内所有极小值：
求解上述函数关系H＝f(j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9)的最小值与除最小值外的所有极小值，记H中最小磨损值为Δmin，除磨损量为Δmin外的所有极小值共有m个，分别记为Δ1,Δ2,…,Δm；从m个极小值中选取设定的误差阈值内的极小值，设定误差阈值为ε，ε＞0,求解εk＝|Δk-Δmin|，其中，εk为m个极小值中第k个极小值的误差阈值，k＝1,2,…,m；
选出满足误差阈值在ε以内的所有极小值，并获得满足误差阈值在ε以内的所有极小值对应的耐磨涂层的材料配比和9个涂覆厚度值；
S5.2.4、设步骤S5.2.3中满足误差阈值在ε以内的极小值有e个，分别记作Δk1，Δk2，…，Δke；根据步骤S5.2.3获得的最小磨损值Δmin、e个满足误差阈值在ε以内的极小值Δk1，Δk2，…，Δke下对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值，制备对应的耐磨涂层；将所制备的耐磨涂层涂覆至高压内啮合齿轮泵上，进行相同工况下的试验，分别获得试验磨损量Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke；
S5.2.5、比较Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke之间的大小关系，挑选出磨损量最小值Δ，Δ＝min{Δ0,Δ真min，Δ真k1，Δ真k2，…，Δ真ke}，将Δ所对应的耐磨涂层的材料配比与9个涂覆厚度值作为初始耐磨涂层。
8.根据权利要求7所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S5.2.2中，δ1、δ2、δ3、δ4、δ5、δ6、δ7、δ8以及δ9的取值范围均满足[c,d]；且δ5、δ6满足关系式：2δ5+B1＝2δ6+B2，其中B1为外齿轮齿宽，B2为内齿轮齿宽。
9.根据权利要求8所述的一种高压内啮合齿轮泵的可靠性提升方法，其特征在于：所述步骤S6.1基于不确定性参数，建立高压内啮合齿轮泵的随机磨损响应模型具体步骤如下：
S6.1.1、将未涂覆耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵各零部件的结构尺寸分别记为L1，L2，…，Lw；涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵上需要涂覆耐磨涂层的各处的装配尺寸分别记为D1，D2，…，Dv；油液与齿轮泵内壁涂层的摩擦系数记为f、齿轮泵内壁的弹性模量记为E；S6.1.2、采用Kriging模型，分别建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵之间的磨损量与所述不确定性参数之间的函数关系：
C(t)＝h(L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E)
其中，C(t)为涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的磨损量；
所述步骤S6.2具体步骤如下：
S6.2.1、建立涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的功能函数为g(X)：
g(X)＝C0-C(t)
X为不确定性参数向量，X＝[L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E]T；
C0为导致失效的最低磨损量；
S6.2.2、运用鞍点逼近法，结合得到的g(X)，得到涂覆有初始耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵的可靠性曲线R(t)；
所述步骤S6.3具体步骤如下：
S6.3.1、采用矩阵微分技术，计算不确定性参数
L1,L2,…,Lw,D1,D2,…,Dv,j1,j2,…,jk,δ1,δ2,…,δ9,f,E均值的灵敏度；
S6.3.2、依据步骤S6.3.1中计算得到的灵敏度，对不确定性参数重新赋值进行优化，得到优化后的不确定性参数，根据优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的优化后的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R1(t)；
步骤S6.5具体为，当步骤S6.4中对比结果为R1(t)优于R(t)时，此时R1(t)中对应的优化后的不确定性参数与所述初始耐磨涂层组成目标耐磨涂层；当对比结果为R1(t)差于R(t)时，计算优化后的不确定性参数均值的灵敏度，依据优化后的不确定性参数均值的灵敏度，对优化后的不确定性参数重新赋值进行优化，得到再次优化后的不确定性参数，根据再次优化后的不确定性参数，建立涂覆有耐磨涂层的高压内啮合齿轮泵可靠性曲线R2(t)，将R2(t)与R(t)进行对比，如此反复进行迭代i次直至重新赋值进行优化后得到的Ri(t)优于R(t)为止。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190360085A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-11-28 | Shandong University | Design method of tangential gradient thermal spraying coating for complex profile workpieces |
| RU2716496C1 (ru) * | 2019-02-08 | 2020-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Способ оценки износостойкости материала |
| CN111695738A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-22 | 佛山市顺德区飞友自动化技术有限公司 | 一种pc耐力板生产工艺的优化方法及其多功能涂层综合性能检测装置 |
| WO2020244277A1 (zh) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | 徐州圣邦机械有限公司 | 一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法 |
| CN112580253A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-30 | 广东工业大学 | 一种高锰钢表面等离子熔覆耐磨增韧涂层力学性能检测方法 |
| CN113011053A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-06-22 | 北京航空航天大学云南创新研究院 | 一种基于性能裕量的结构确信可靠性分析方法及系统 |
-
2021
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190360085A1 (en) * | 2017-12-08 | 2019-11-28 | Shandong University | Design method of tangential gradient thermal spraying coating for complex profile workpieces |
| RU2716496C1 (ru) * | 2019-02-08 | 2020-03-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" | Способ оценки износостойкости материала |
| WO2020244277A1 (zh) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | 徐州圣邦机械有限公司 | 一种高压内啮合齿轮泵齿轮副的可靠性评估方法 |
| CN111695738A (zh) * | 2020-06-15 | 2020-09-22 | 佛山市顺德区飞友自动化技术有限公司 | 一种pc耐力板生产工艺的优化方法及其多功能涂层综合性能检测装置 |
| CN112580253A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-30 | 广东工业大学 | 一种高锰钢表面等离子熔覆耐磨增韧涂层力学性能检测方法 |
| CN113011053A (zh) * | 2020-12-17 | 2021-06-22 | 北京航空航天大学云南创新研究院 | 一种基于性能裕量的结构确信可靠性分析方法及系统 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| BAODE JING 等: "The research of contaminant abrasion on external gear pump", 2009 CHINESE CONTROL AND DECISION CONFERENCE, pages 1 - 15 * |
| 张明奇 等: "激光熔覆Fe基合金涂层的高温磨损性能", 材料保护, no. 6, pages 1 - 8 * |
| 张洪兵: "电弧喷涂马氏体不锈钢涂层耐磨性", 沈阳工业大学学报, no. 04, pages 1 - 8 * |
| 石万凯: "新型涂层钢蜗杆副传动机理研究与传动性能评价", 机械工程学报, no. 05, pages 1 - 11 * |
| 郝建军 等: "电弧喷涂3Cr13修复齿轮泵轴试验研究", 农业工程学报, no. 02, pages 1 - 7 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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