[发明专利]一种大模数齿轮齿条疲劳寿命预测方法

说明书

本发明涉及一种用于齿轮齿条钻机的大模数齿轮齿条疲劳寿命预测方法；属齿轮齿条疲劳寿命检测技术领域。本发明针对大模数齿轮齿条利用钻机数据建立齿轮齿条有限元模型，同时根据选用材料定义S‑N曲线建立疲劳寿命预测模型，根据所设计的钻机服务区域，设定齿轮上出现的载荷，通过有限元疲劳寿命分析得到齿轮的寿命变化情况，联合不同钩载出现的循环次数，基于线性疲劳累积损伤理论对大模数齿轮进行疲劳寿命预测。本发明能快速有效的齿轮进行疲劳寿命预测，无需试验机构，在设计阶段更为简单有效；为大模数齿轮齿条的前期设计、寿命验证提供一种新的途径，同时为齿轮后期的安全运行提供了指导依据。

技术领域

本发明涉及一种用于齿轮齿条钻机的大模数齿轮齿条疲劳寿命预测方法；属齿轮齿条疲劳寿命检测技术领域。

背景技术

随着大模数齿轮齿条在齿轮齿条钻机及大型重载机械设备的广泛应用，面对设备的正常运转、维修计划的合理安排以及人员的安全保障等要求，如何对齿条进行可靠性寿命预测越来越受到重视。在齿轮齿条传动过程中，齿轮齿条会产生疲劳损伤，齿轮的疲劳损伤累积对齿轮的疲劳寿命存在影响，因而需要对齿轮进行疲劳寿命计算预测，为齿轮的预防性维修提供依据。

目前国内外对齿轮齿条的结构做出了较多的研究，多数都是对齿轮齿条的弯曲强度进行分析校核，对大模数齿轮齿条啮合传动时疲劳寿命研究的较少，因此针对大模数齿轮齿条疲劳寿命问题研究相对薄弱的现状，提出基于虚拟仿真与理论计算的方法研究传动齿轮的疲劳寿命，相关结论为大模数齿轮齿条的前期设计、寿命验证提供一种新的途径，同时为齿轮后期的安全运行提供指导依据，并且也可为其他机械大模数齿轮的疲劳寿命研究提供借鉴。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种通过有限元疲劳寿命分析与线性疲劳累积损伤理论进行联合研究，能够快速有效的预测齿轮的疲劳寿命，为齿轮后期的安全运行提供指导依据的用于齿轮齿条钻机的大模数齿轮齿条疲劳寿命预测方法。

本发明的技术方案是：

一种用于齿轮齿条钻机的大模数齿轮齿条疲劳寿命预测方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）、根据齿轮齿条的结构建立模型；

2）、根据齿轮齿条不同材料的疲劳寿命曲线S-N，在有限元中建立疲劳寿命分析模型；

3）、齿轮齿条有限元分析；

在齿轮齿条传动过程中，齿轮齿条受到的载荷是不断变化的，通过有限元分析齿轮在不同载荷下，齿轮的最小循环次数；

4）、确定一个钻探周期内齿轮齿条的载荷频次：

进行预先性计算，参考齿轮齿条钻机可能服务区块，确定齿轮齿条在一次钻探周期内可能出现的载荷频次；

5）、确定在工作一段时间后齿轮齿条的载荷频次：

假定在工作一段时间内，齿轮齿条钻机分别在不同的区域进行了多次钻探，根据可能出现的工作环境，统计在一段工作时间内（多次钻探周期）齿轮齿条出现的载荷频次；

6）、采用Miner理论，通过下式计算齿轮的线性累积疲劳损伤：

式中，线性累积疲劳损伤；

不同载荷下齿轮在一段工作时间后出现的频次；

不同载荷下齿轮的最小循环次数；

齿轮上加载的应力水平；

7）、疲劳损伤评判：

若构件的加载历史由，，……，等个不同的应力水平构成，各应力水平下的寿命分别为，，……，，各应力水平下的循环次数分别为，，……，，则可得出：