[發明專利]一種考慮溫度效應的塑料齒輪加速疲勞試驗方法

有效

• 申請號: 202110079348.4
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN113010973B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 劉懷舉;蘭宇軒;宋海藍;盧澤華;張仁華;魏沛堂
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 唐開平

本發明公開了一種考慮溫度效應的塑料齒輪加速疲勞試驗方法，它包括以下步驟：1、根據不同溫度下疲勞試驗數據或疲勞仿真分析，得到在溫度T和循環應力S下塑料齒輪疲勞壽命；2、確定等效損傷因子D與溫度T和循環應力S的關系；3、采用數據擬合的方式獲得等效損傷因子D與疲勞壽命N之間的關系；4、求取在溫度T和循環應力S作用下的塑料齒輪損傷演化方程；5、選取恒載荷疲勞試驗與階梯式加速疲勞試驗中任一種進行試驗。本發明的技術效果是：將溫度、載荷雙因素損傷變量等效為單一損傷因子，構建塑料材料損傷?壽命方程，能確定塑料齒輪在運行溫度和載荷共同影響下疲勞失效，且所得結果準確，降低塑料齒輪疲勞試驗成本。

技術領域

本發明屬于機械零部件壽命試驗技術領域，具體涉及一種考慮溫度效應的塑料齒輪疲勞壽命加速試驗方法。

背景技術

塑料齒輪由于其質量輕、耐腐蝕、成本低等優點，在智能家居、汽車運載、醫療健康等領域得到廣泛應用。塑料齒輪常用材料為聚甲醛(POM)、尼龍(PA)、聚醚醚酮(PEEK)及其復合材料，這類材料屬于半晶熱塑性塑料范疇。由于負載下齒輪運行溫度變化劇烈，而塑料齒輪對溫度變化極其敏感，常規金屬齒輪加速疲勞試驗方法無法直接沿用，致使產品出廠檢測缺乏有效的性能評價手段。

現有塑料齒輪產品疲勞壽命試驗有兩種：一種是根據廠家經驗在劣于額定服役環境下開展壽命測試，如電動門鎖塑料齒輪箱常在干接觸條件下施加2～3倍額定載荷，以無故障運行300小時代替其在脂潤滑條件下正常6000小時服役壽命作為合格指標，但存在載荷設置不合理，設計的齒輪性能遠高于所要求的水平過于保守等問題；另一種是根據實際服役環境開展全壽命周期試驗，如掃地機器人驅動齒輪箱，根據實際壽命需求模擬工作環境開展6000小時疲勞測試，但此方法存在試驗周期長、測試成本高等問題。塑料齒輪行業正向高速、高載、輕量化方向發展，當前塑料齒輪疲勞壽命試驗方法已不能滿足市場多樣化、高響應、低成本的發展趨勢，亟需尋找一種在考慮溫度效應基礎上的塑料齒輪材料特性和服役環境的加速疲勞壽命試驗方法。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明所要解決的技術問題就是提供一種考慮溫度效應的塑料齒輪加速疲勞試驗方法，突破傳統金屬材料單一因素疲勞損傷累積不適用于塑料材料的局限，將溫度、載荷雙因素損傷變量等效為單一損傷因子，構建塑料材料損傷-壽命方程，能確定塑料齒輪在運行溫度和載荷共同影響下疲勞失效，所得結果準確，降低塑料齒輪疲勞試驗成本。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括以下步驟：

步驟1、根據不同溫度下疲勞試驗數據或疲勞仿真分析，得到在溫度T和循環應力S下塑料齒輪疲勞壽命；

步驟2、確定等效損傷因子D與溫度T和循環應力S的關系：

D＝α×T+β×S

式中，α和β分別為溫度T和循環應力S對損傷的影響系數；

步驟3、采用數據擬合的方式獲得等效損傷因子D與疲勞壽命N之間的關系，該關系為logN＝λ(a×D+b)，式中a，b為疲勞壽命系數；λ為潤滑系數，取值為1.08

步驟4、根據步驟3中等效損傷因子D與疲勞壽命N之間的線性擬合關系，在溫度T和循環應力S作用下的塑料齒輪損傷演化方程為d(logN)/dD＝C，其中C為常數；

步驟5、選擇塑料齒輪疲勞試驗方法

塑料齒輪疲勞試驗方法選取恒載荷加速疲勞試驗與階梯式加速疲勞試驗中任一種：

1)、恒載荷加速疲勞試驗：