减速器齿轮轴疲劳可靠性设计.pdf

第7期
几械设计与制造
2014年7月
Machinery Design Manufacture
减速器齿轮轴疲劳可靠性设计
孙奎洲,周金宇,冯虎?2
(].江苏理工.学院,江苏常州213001;2.南京理工大学,江苏南京210094)
摘要:减速器齿轮轴既承受弯矩又承受扭矩,在工作中受交变应力作用,失效模式为疲劳断裂。传统设计方法以计算安
全系数为主要内容,以计算安全系数时用到的应力、强度等参数单值为前提。将减連器齿轮轴的疲劳失效看成是一个随
机事件。根据应力ー强度干涉理论,通过确定エ作应力,考虑了零件的几何形状产生的应力集中、尺す系数、表画加エ方法
等因索的概率分布状态,绘制轴的疲劳极限线图。并通过计算疲劳可靠性,验证设计结论的有效性。该设计范例对其它轴
的疲劳可靠性设计具有一定的借鉴作用。
关键词:减速罟齿轮轴;疲劳可靠性;变离散性;随机事件
中图分类号:TH16;TH133.3文献标识码:A文章编号:1001-3997(2014)07-0061-04
Fatigue Reliability Design of Reducer Gear Shaft
SUN Kui-zhou', ZHOU Jin-yu, FENG Hu-tian2
(1. Jiangsu University oftechnology, Jiangsu Changzhou 213001, China
2. Nanjing University of Science and Technology, Jiangsu Nanjing 210094, China)
Abstract: The reducer gear shafi can bear both bending moment and torque. Under the effect of alternating stress, the failure
mode is fatigue fracture. The traditonal design mainly caculates security coeficient based on parameter walues such as stress
trength. It will treat fatigue failure of reducer gear shafi as a random evenl. Aecording to the stress-strength interferen
theory, with determined working stress, the fatige Limit iagram of shoft can be drawn by considering the probability
distribution for part geometry caused by such elements as stress concentration, size coefficient, and surface processing
method. The reliability of design conclusion is verified by calculting fat g reliability. This design pater can sere as a
refererce for fatigue reliability desigu fother shaft
Key Words: Reducer Gear Shaft; Fatigue Reliability; Discrete Variables; Random Events
干涉理论,通过确定应力和疲劳强度的分布类型,对减速器转轴
可靠性设计是将载荷、材料的强度及零件的实际尺寸都看进行疲劳强度可靠性设计?。
成是属于某种概率分布的统计量,应用概率及数理统计的理论,2
疲劳强度概率分布
来建立材料应力、材料强度和可靠度三者之间的关系。从而可进
在可靠性设计中“存活率”称为“可靠度”。PS-N曲线,如图
行截面设计、计算可靠度或选择适合的材料等。常规的疲劳强度1所示。曲线AB为可靠度R=50%的疲劳曲线,即常规疲劳强度
设计中,所用的S-N曲线相当于可靠度R=50%的应力ー寿命曲中的S-N曲线;曲线GH为可靠度R-90%的疲劳曲线;曲线CD
线,即工作应力、强度分布的均值曲线,没有考虑疲劳强度和工作为可靠度R-99%的疲劳曲线;曲线EF为可靠度R=1%的疲劳曲
应力的离散性,而疲劳强度可靠性设计将零件疲劳失效看成是一线,不能用于疲劳强度设计
个随机事件,考虑了载荷、结构尺寸及形状、加工方法、材料疲劳
强度和工作应力等设计变量是具有一定的离散性叫,即他们均呈
定的概率分布状态,这样的设计结果比传统的以安全系数为评
判标准的设计方法更安全可靠。
轴类的可靠性设计可分为:心轴(只受弯矩不受扭矩作用)
可靠性设计传动轴(只受扭矩作用不受弯矩或弯矩作用很小可
忽略不计)可靠性设计、转轴(承受弯扭矩作用,在复合应力状态
下工作)可靠性设计。减速器齿轮轴属于转轴,该转轴承受扭转
图1P-S-N曲线
和弯曲应力复合应力,以此类转轴作为设计示例,根据应力-强度
Fig. I P-S-M Curve
来稿日期:2014-01-04
基金项?:典型产品运行安全寿命预测技术研究(国家高技术研究发展计划(863)子课题)(2012AA040104)
作者简介:孙奎洲,(1966-),男,江苏金湖人,工学硕土,副教授,主研究方向:可靠性、优化设计方面的研究:
冯虎田,(1965-),男,辽宁守义县人,教授,博十生导师,主要研究方向:可靠性工程和机器人技术研究