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1、设备设计/诊断维修/再制造现代制造工程2007年第5期应用修正的P2S2N曲线计算齿轮疲劳寿命赵宁,李虎(西北工业大学机电学院,西安710072)摘要:疲劳破坏是机械结构的主要破坏形式之一,准确预测机械结构工作疲劳寿命至关重要。一般的线性损伤累积理论忽略了高频率低疲劳应力所引起的构件疲劳损伤,致使预测结果与实际寿命相差很大。为准确确定双圆弧齿轮的疲劳寿命,提出以修正的材料P2S2N曲线为基础,采用传统的名义应力法和Miner法则估算双圆弧齿轮的疲劳寿命,计算结果表明该方法可行,为预估螺杆泵的井下工作寿命提供了参考依据。关键词:疲劳;寿命预测;齿轮
2、;Miner法则;P2S2N曲线中图分类号:TE951.02文献标识码:A文章编号:1671—3133(2007)05—0105—04TheestimationofgearpsfatiguelifeusingthemodifiedP2S2NcurveZhaoNing,LiHu(NorthwesternPolytechnicalUniversity,Xipan710072,CHN)Abstract:Thefatiguebreakageisoneimportantofdamagestyleinmechanicfractures.Forecasting
3、structurefatiguelifeisveryimportant.Butthecommonlinearfatiguedamagecumulativeruleneglectsthefatiguedamagewhichisbroughtbythehighfre2quencyandlowstress.BasedonmodifiedP2S2Ncurve,traditionalnominalstressmethodandMinerpsrule,estimatethefatiguelifeofdouble2circular2arcgear,andthe
4、conclusionshowsthatthemethodispracticalandprovidesthetheoreticalreferenceforfore2castingthecrewpumppsfatiguelife.Keywords:Fatigue;Lifeprediction;Gear;Minerpsrule;P2S2Ncurve疲劳载荷谱作用下材料的改变(包括疲劳裂纹大小的0引言变化,循环应变硬化或软化以及残余应力的变化等)据不完全统计,50%～90%机械零件破坏的形式或材料的损伤程度。疲劳累积损伤理论的基本假设[1]为疲劳破坏,特
5、别是随着机械零件向大型化、复杂化是:在任何循环应力幅下的工作都将产生疲劳损伤,和高温、高速使用环境的方向发展,随机因素增加,疲劳疲劳损伤的严重程度与该应力幅下工作的循环数有破坏更是屡屡发生,因此关于疲劳破坏问题的研究得到关,无循环损伤的试样在该应力下产生的损伤是永久人们极大的关注,其中重点为疲劳寿命的预测计算。的,并且在不同应力幅下,循环工作所产生的累积总在石油采掘工业中,采油装备是由成百上千个构损伤等于每一应力水平下损伤之和。当累积损伤达件组成的串联结构系统,其中一个或者少数构件疲劳到临界值就会产生疲劳失效。目前应用最为广泛的失效,将可能导致整
6、个采油系统失效,更为严重的会疲劳损伤理论主要有以下几种。导致油井报废,造成数以千万元的经济损失,因此进111线性累积损伤理论行各构件疲劳寿命预测就显得尤为重要。螺杆泵是线性累积损伤理论指在循环载荷作用下,疲劳损采油设备之一,其中的双圆弧齿轮是影响螺杆泵工作伤是线性累加的,各个应力之间相互独立且互不相寿命的主要因素。本文提出利用修正的一维Miner线关,当累加的损伤达到某一数值时,试件或构件就发性损伤理论对双圆弧齿轮的工作寿命进行计算,为现生疲劳破坏。实工作提供参考依据。根据该理论,假设在应力σi下材料到达破坏的循环次数为Ni,设D为最终断裂时的临
7、界值。根据线性1疲劳累积损伤理论累积损伤理论,应力σi每作用一次对材料的损伤为D/疲劳破坏是一种累积损伤的过程。损伤是指在Ni,则经过ni次后,对于材料造成的总损伤为niD/Ni。105©1994-2011ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net现代制造工程2007年第5期设备设计/诊断维修/再制造当各级应力对材料的损伤综合达到临界值D时,产生。寿命预测的主要依据为S2N曲线,S2N曲线是材料即发生破坏,因此可推出:由常幅
8、加载试验得出的。当外界载荷为变幅载荷时,nni可根据应力时间历程的计数,做出载荷累积频次曲∑=1⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)i=1
