[发明专利]一种考虑温度效应的塑料齿轮加速疲劳试验方法

说明书

本发明公开了一种考虑温度效应的塑料齿轮加速疲劳试验方法，它包括以下步骤：1、根据不同温度下疲劳试验数据或疲劳仿真分析，得到在温度T和循环应力S下塑料齿轮疲劳寿命；2、确定等效损伤因子D与温度T和循环应力S的关系；3、采用数据拟合的方式获得等效损伤因子D与疲劳寿命N之间的关系；4、求取在温度T和循环应力S作用下的塑料齿轮损伤演化方程；5、选取恒载荷疲劳试验与阶梯式加速疲劳试验中任一种进行试验。本发明的技术效果是：将温度、载荷双因素损伤变量等效为单一损伤因子，构建塑料材料损伤‑寿命方程，能确定塑料齿轮在运行温度和载荷共同影响下疲劳失效，且所得结果准确，降低塑料齿轮疲劳试验成本。

技术领域

本发明属于机械零部件寿命试验技术领域，具体涉及一种考虑温度效应的塑料齿轮疲劳寿命加速试验方法。

背景技术

塑料齿轮由于其质量轻、耐腐蚀、成本低等优点，在智能家居、汽车运载、医疗健康等领域得到广泛应用。塑料齿轮常用材料为聚甲醛(POM)、尼龙(PA)、聚醚醚酮(PEEK)及其复合材料，这类材料属于半晶热塑性塑料范畴。由于负载下齿轮运行温度变化剧烈，而塑料齿轮对温度变化极其敏感，常规金属齿轮加速疲劳试验方法无法直接沿用，致使产品出厂检测缺乏有效的性能评价手段。

现有塑料齿轮产品疲劳寿命试验有两种：一种是根据厂家经验在劣于额定服役环境下开展寿命测试，如电动门锁塑料齿轮箱常在干接触条件下施加2～3倍额定载荷，以无故障运行300小时代替其在脂润滑条件下正常6000小时服役寿命作为合格指标，但存在载荷设置不合理，设计的齿轮性能远高于所要求的水平过于保守等问题；另一种是根据实际服役环境开展全寿命周期试验，如扫地机器人驱动齿轮箱，根据实际寿命需求模拟工作环境开展6000小时疲劳测试，但此方法存在试验周期长、测试成本高等问题。塑料齿轮行业正向高速、高载、轻量化方向发展，当前塑料齿轮疲劳寿命试验方法已不能满足市场多样化、高响应、低成本的发展趋势，亟需寻找一种在考虑温度效应基础上的塑料齿轮材料特性和服役环境的加速疲劳寿命试验方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种考虑温度效应的塑料齿轮加速疲劳试验方法，突破传统金属材料单一因素疲劳损伤累积不适用于塑料材料的局限，将温度、载荷双因素损伤变量等效为单一损伤因子，构建塑料材料损伤-寿命方程，能确定塑料齿轮在运行温度和载荷共同影响下疲劳失效，所得结果准确，降低塑料齿轮疲劳试验成本。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

步骤1、根据不同温度下疲劳试验数据或疲劳仿真分析，得到在温度T和循环应力S下塑料齿轮疲劳寿命；

步骤2、确定等效损伤因子D与温度T和循环应力S的关系：

D＝α×T+β×S

式中，α和β分别为温度T和循环应力S对损伤的影响系数；

步骤3、采用数据拟合的方式获得等效损伤因子D与疲劳寿命N之间的关系，该关系为logN＝λ(a×D+b)，式中a，b为疲劳寿命系数；λ为润滑系数，取值为1.08

步骤4、根据步骤3中等效损伤因子D与疲劳寿命N之间的线性拟合关系，在温度T和循环应力S作用下的塑料齿轮损伤演化方程为d(logN)/dD＝C，其中C为常数；

步骤5、选择塑料齿轮疲劳试验方法

塑料齿轮疲劳试验方法选取恒载荷加速疲劳试验与阶梯式加速疲劳试验中任一种：

1)、恒载荷加速疲劳试验：