[发明专利]一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法

说明书

本发明涉及机械零件强度分析技术领域，具体地说是一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法，本发明同现有技术相比，将温度影响纳入疲劳强度分析中，建立纳入温度因子的疲劳破坏寿命计算方法，可准确预测塑料蜗轮在不同温度下的疲劳破坏寿命，为塑料蜗轮设计、疲劳强度校核和制造使用提供了有力的理论和实验支撑，可有效避免塑料蜗轮的早期疲劳失效，减少塑料蜗轮疲劳断裂发生的概率，提高塑料蜗轮运行的安全可靠性。

技术领域

本发明涉及机械零件强度分析技术领域，具体地说是一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法。

背景技术

塑料蜗轮摩擦系数低，耐磨性好，传动效率高，可在无润滑或少润滑条件下运行。同时，塑料蜗轮具有较好的弹性，能吸震防冲，运行时噪音低，传动平稳。但由于塑料蜗轮硬度低，弹性模量小，疲劳强度不高，因此限制了其使用范围。

现有的塑料蜗轮疲劳强度设计方法一般均采用传统的疲劳S-N曲线就行校核评估，其未能充分纳入温度的影响。但由于塑料蜗轮散热效果较差，在实际运行过程中，温度可能高达100℃以上，较高的使用温度会使塑料达到玻璃化转变温度以上而发生软化，使得塑料蜗轮疲劳强度急剧降低，导致塑料齿轮早期高温疲劳破坏。

因此，需要设计一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法，以确保塑料蜗轮在高温运行时的安全稳定性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供了一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法，以确保塑料蜗轮在高温运行时的安全稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供一种纳入温度因子的塑料蜗轮疲劳破坏寿命预测方法，包括如下步骤：步骤1，控制塑料蜗轮疲劳实验箱的环境温度T，并针对不同环境温度T分别施加设定扭矩P，得到塑料蜗轮材料在不同环境温度下施加不同扭矩所对应的疲劳破坏寿命N；步骤2，建立疲劳破坏寿命S-N公式：N＝N0×(P/P0)^-a(T)×10^{-b(T)×(T/T0-1)}，a_(T)为塑料蜗轮材料温度相关的疲劳破坏寿命指数，b_(T)为塑料蜗轮材料温度相关的疲劳破坏寿命指数；步骤3，确定额定工作扭矩P0和额定环境温度T0；步骤4，建立额定工作扭矩P0和额定环境温度T0所对应的额定疲劳破坏寿命N0计算公式：Log^N0＝a_(T)×Log^P/P0+b_(T)×(T/T0-1)+Log^N；步骤5，计算不同环境温度T下的对数归一化扭矩Log^P/P0、归一化温度T/T0-1以及对数疲劳破坏寿命Log^N；步骤6，分别计算对数归一化扭矩Log^P/P0、归一化温度T/T0-1以及对数疲劳破坏寿命Log^N的平均值；步骤7，分别计算对数归一化扭矩Log^P/P0、归一化温度T/T0-1以及对数疲劳破坏寿命Log^N的偏差平方和；步骤8，分别计算对数归一化扭矩Log^P/P0、归一化温度T/T0-1以及对数疲劳破坏寿命Log^N的协方差；步骤9，通过线性回归模型最小二乘法拟合计算塑料蜗轮材料的疲劳破坏寿命系数b；步骤10，通过线性回归模型最小二乘法拟合计算塑料蜗轮材料的疲劳破坏寿命系数a；步骤11，将疲劳破坏寿命系数b、疲劳破坏寿命系数a代入步骤4公式，计算得额定疲劳破坏寿命N0；步骤12，将额定疲劳破坏寿命N0代入步骤2公式，获得另一额定工作温度下的疲劳破坏寿命计算公式；步骤13，使用步骤12获得的公式拟合不同环境温度T条件下塑料蜗轮的疲劳破坏寿命曲线，得到该环境温度T下塑料蜗轮的疲劳破坏寿命指数a_(T)，塑料蜗轮的疲劳破坏寿命指数b_(T)；步骤14；根据步骤13所获得的疲劳破坏寿命指数a_(T)，获得环境温度T相关的疲劳破坏寿命指数a_(T)计算公式为a_(T)＝-5.224-0.009×T；步骤15；根据步骤13所获得的疲劳破坏寿命指数b_(T)，获得环境温度T相关的疲劳破坏寿命指数b_(T)计算公式为b_(T)＝0.06+0.028×T-1.933×T²；步骤16，将步骤14、步骤15的计算公式代入步骤12中另一额定工作温度下的疲劳破坏寿命计算公式，获得疲劳破坏寿命预测公式。