[發明專利]一種大模數齒輪齒條疲勞壽命預測方法

有效

• 申請號: 201810227408.0
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108345762B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發明（設計）人: 馮定;何良;施雷;亢博文;陳新龍;彭太峰;李光金
• 申請（專利權）人: 中石化石油機械股份有限公司;長江大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 荊州市亞德專利事務所(普通合伙) 42216
• 代理人: 李杰

本發明涉及一種用于齒輪齒條鉆機的大模數齒輪齒條疲勞壽命預測方法；屬齒輪齒條疲勞壽命檢測技術領域。本發明針對大模數齒輪齒條利用鉆機數據建立齒輪齒條有限元模型，同時根據選用材料定義S?N曲線建立疲勞壽命預測模型，根據所設計的鉆機服務區域，設定齒輪上出現的載荷，通過有限元疲勞壽命分析得到齒輪的壽命變化情況，聯合不同鉤載出現的循環次數，基于線性疲勞累積損傷理論對大模數齒輪進行疲勞壽命預測。本發明能快速有效的齒輪進行疲勞壽命預測，無需試驗機構，在設計階段更為簡單有效；為大模數齒輪齒條的前期設計、壽命驗證提供一種新的途徑，同時為齒輪后期的安全運行提供了指導依據。

技術領域

本發明涉及一種用于齒輪齒條鉆機的大模數齒輪齒條疲勞壽命預測方法；屬齒輪齒條疲勞壽命檢測技術領域。

背景技術

隨著大模數齒輪齒條在齒輪齒條鉆機及大型重載機械設備的廣泛應用，面對設備的正常運轉、維修計劃的合理安排以及人員的安全保障等要求，如何對齒條進行可靠性壽命預測越來越受到重視。在齒輪齒條傳動過程中，齒輪齒條會產生疲勞損傷，齒輪的疲勞損傷累積對齒輪的疲勞壽命存在影響，因而需要對齒輪進行疲勞壽命計算預測，為齒輪的預防性維修提供依據。

目前國內外對齒輪齒條的結構做出了較多的研究，多數都是對齒輪齒條的彎曲強度進行分析校核，對大模數齒輪齒條嚙合傳動時疲勞壽命研究的較少，因此針對大模數齒輪齒條疲勞壽命問題研究相對薄弱的現狀，提出基于虛擬仿真與理論計算的方法研究傳動齒輪的疲勞壽命，相關結論為大模數齒輪齒條的前期設計、壽命驗證提供一種新的途徑，同時為齒輪后期的安全運行提供指導依據，并且也可為其他機械大模數齒輪的疲勞壽命研究提供借鑒。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種通過有限元疲勞壽命分析與線性疲勞累積損傷理論進行聯合研究，能夠快速有效的預測齒輪的疲勞壽命，為齒輪后期的安全運行提供指導依據的用于齒輪齒條鉆機的大模數齒輪齒條疲勞壽命預測方法。

本發明的技術方案是：

一種用于齒輪齒條鉆機的大模數齒輪齒條疲勞壽命預測方法，其特征在于：它包括以下步驟：

1）、根據齒輪齒條的結構建立模型；

2）、根據齒輪齒條不同材料的疲勞壽命曲線S-N，在有限元中建立疲勞壽命分析模型；

3）、齒輪齒條有限元分析；

在齒輪齒條傳動過程中，齒輪齒條受到的載荷是不斷變化的，通過有限元分析齒輪在不同載荷下，齒輪的最小循環次數；

4）、確定一個鉆探周期內齒輪齒條的載荷頻次：

進行預先性計算，參考齒輪齒條鉆機可能服務區塊，確定齒輪齒條在一次鉆探周期內可能出現的載荷頻次；

5）、確定在工作一段時間后齒輪齒條的載荷頻次：

假定在工作一段時間內，齒輪齒條鉆機分別在不同的區域進行了多次鉆探，根據可能出現的工作環境，統計在一段工作時間內（多次鉆探周期）齒輪齒條出現的載荷頻次；

6）、采用Miner理論，通過下式計算齒輪的線性累積疲勞損傷：

式中，線性累積疲勞損傷；

不同載荷下齒輪在一段工作時間后出現的頻次；

不同載荷下齒輪的最小循環次數；

齒輪上加載的應力水平；

7）、疲勞損傷評判：

若構件的加載歷史由，，……，等個不同的應力水平構成，各應力水平下的壽命分別為，，……，，各應力水平下的循環次數分別為，，……，，則可得出：