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蜗杆蜗轮啮合的疲劳寿命分析

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本文主要分享如何通过仿真来查看蜗轮蜗杆在额定负载下蜗轮的寿命,如有其他技术服务,欢迎垂询!


     

蜗杆蜗轮啮合的疲劳寿命分析

计算依据与输入      


1.1 计算依据

工况如下:

  • 正向运行时负载,反向运行时空载;

  • 负载时蜗杆扭矩为0.2241Nm,蜗杆转速2570rpm;

  • 正向运行40s,反向运行30s为一个循环;

  • 连续两个循环(140s)后休息360s,进入下两个循环(140s),再休息360s,以此类推;

  • 工作环境温度及湿度为正常,原动机是电动机无冲击;

  • 经过多次测试,蜗轮在3000-5000个循环后会损坏。      


根据实际情况,蜗轮在负载时受力较大,空载时受力较小,因此在分析计算时,只考虑蜗轮负载时的疲劳情况。也就是说,在一个循环周期内,只有正向运行40s的有效载荷,此时蜗杆转动大约1713转,基于传递比,此时蜗轮转动100转。由于蜗轮在3000-5000个循环后会损坏,因此可认为蜗轮的疲劳寿命在3x105—5x105次之间。

1.2 计算输入

蜗轮蜗杆类型
蜗杆扭矩
蜗杆转速
W2
0.2241Nm2570rm
蜗杆材料
传动比i
传递功率
45#钢
17
60.3W
材料属性:
 

拉伸模量:2950 Mpa;

屈服应力:71Mpa;

弯曲应力:77Mpa;

SN曲线:  

POM的s-n曲线  


     

蜗杆蜗轮啮合的疲劳寿命分析

计算模型        


分析时,采用蜗轮蜗杆瞬态运行中某一极限状态进行应力分析,然后基于应力结果进行疲劳计算。采用Workbench 集成模块进行应力分析寿命分析,直接关联结果进行计算。          

分析流程图


2.1 模型简化

计算关注蜗轮部件,保留了蜗轮的设计细节。
         

蜗轮蜗杆的有限元模型

2.2 约束关系

应力计算中考虑满负载的极限情况,固定蜗轮,蜗杆施加224.1Nmm的扭矩。          

蜗轮蜗杆约束情况


             

蜗杆蜗轮啮合的疲劳寿命分析

计算结果                


3.1 蜗轮应力变形

应力最大值为66.14Mpa,出现在齿根偏上位置,形态上会有凹坑,但不超过屈服强度,因此在负载变小时会恢复原状。
                 

蜗轮应力状态

3.2 蜗轮寿命

应力最大值为66.14Mpa,出现在齿根偏上位置,形态上会有凹坑,但不超过屈服强度,因此在负载变小时会恢复原状。                  

ncode疲劳分析流程                  

蜗轮的疲劳寿命图


总结                    

                   
  • 蜗轮的疲劳为4.165x105,在循环次数3x105—5x105之间,仿真与试验基本吻合;

  • 疲劳分析中,考虑了安全系数的影响,安全系数取值1.25;

  • 分析过程无法考虑中间的休息时间;

  • 分析过程无法考虑在旋转过程中的温升和蠕变问题,可用经验系数取代。



           

           

           

           

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来源:艾羽科技
Workbench疲劳通用汽车新能源材料传动试验
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首次发布时间:2023-04-29
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