一种基于寿命理论计算的作动器产品加速因子确定方法

摘要

本发明一种基于寿命理论计算的作动器产品加速因子确定方法，其具体步骤如下：1.主机理分析，确定作动器产品薄弱环节及其对应的主机理；2.寿命计算模型选择，根据主机理类型选择对应的寿命计算模型；3.加速因子综合确定，根据确定的应力类型与范围计算不同应力水平下产品各薄弱环节对应主机理的加速因子，根据加速因子标准差最小原则确定加速应力水平，再根据加速因子取小原则确定加速因子。本发明可以直接应用于产品，通过计算主机理分析所得到的产品各薄弱环节的加速因子确定产品的加速因子，为产品层的加速寿命试验方法研究提供理论支撑，具有思路明确、可操作性强等优点。

主权项

一种基于寿命理论计算的作动器产品加速因子确定方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：主机理分析；确定作动器产品的薄弱环节及其对应的耗损型失效机理，主机理分析根据给定的载荷谱或任务剖面，结合作动器产品的组成、结构、原理，进行故障模式、机理和影响分析即FMMEA，在FMMEA的基础上根据各机理对应的故障模式的严酷度及发生频度，综合确定作动器产品的薄弱环节及其对应的主机理；步骤二：寿命计算模型选择；根据步骤一中主机理分析结果和对应的寿命计算模型，代入公式计算作动器产品各薄弱环节的寿命；主要包括：a.疲劳类机理：作动器产品疲劳类机理运用名义应力法结合线性累积损伤原理式(1)～式(7)计算薄弱环节的寿命；${\sigma }_m=\frac{{\sigma }_{max}+{\sigma }_{\min }}{2}---\left(1\right)$${\sigma }_a=\frac{{\sigma }_{\max }-{\sigma }_{\min }}{2}---\left(2\right)$${\sigma }_e=\frac{{\sigma }_a}{1-\frac{{\sigma }_m}{{\sigma }_b}}---\left(3\right)$${\left(\frac{{\sigma }_e}{{\sigma }_{-1A}}\right)}^{\frac{1}{b}}=\frac{N_i}{N_0}---\left(4\right)$${\sigma }_{-1A}=\left(\frac{{\mathrm{ϵ\alpha \beta C}}_L}{K_f}\right){\sigma }_{-1}---\left(5\right)$$\frac{n_i}{N_i}=D_i---\left(6\right)$$L=\frac{1}{{\mathrm{\Sigma D}}_i}---\left(7\right)$其中:σ_max为最大应力；σ_min为最小应力；σ_m为应力均值；σ_a为应力幅值；σ_b材料强度极限；σ_e平均应力修正后的等效疲劳强度；σ_‑1A零件疲劳极限；ε尺寸系数；α可靠性系数；β表面质量系数；K_f疲劳缺口系数；σ_‑1材料疲劳极限；N_i各级载荷下的循环次数；N₀应力幅为疲劳极限时的循环次数；b疲劳强度指数；n_i各级载荷下的工作循环数；D_i各级载荷下的损伤；L疲劳寿命安全系数；b.磨损类机理：作动器产品磨损类机理为粘着磨损，运用Archard阿恰德粘着磨损原理式(8)～式(9)计算薄弱环节的寿命；$V=K\frac{F_N}{H}{L}_m---\left(8\right)$logK＝5logμ‑2.27                  (9)其中：V磨损体积；K磨损系数；μ摩擦系数；F_N法向载荷；H摩擦副材料硬度；L_m磨损行程；公式(8)中若摩擦副为直接接触则法向载荷F_N直接带入对应的正压力值，若摩擦副为间隙配合，其法向载荷F_N用微凸体载荷Wa代替：$W_a=\frac{1}{30}AH\psi [F_{\frac{3}{2}}\left(\frac{h}{\sigma }\right)-F_{\frac{3}{2}}(\frac{h}{\sigma }+\frac{1}{{\psi }^2})]+\frac{1}{10}{\mathrm{\pi AHF}}_1(\frac{h}{\sigma }+\frac{1}{{\psi }^2})---\left(10\right)$$F_n\left(u\right)=\underset{u}{\overset{\infty }{\int }}{(t-u)}^n{e}^{-\frac{t^2}{2}}dt---\left(11\right)$其中：W_a微凸体载荷；A名义接触面积；ψ塑性指数；h/σ膜厚比；t橡胶密封件热氧老化寿命；c.老化类机理：作动器产品老化类机理为橡胶固定密封件的老化，通过老化特征量与老化时间的关系并联立老化速度常数与温度间的Arrhenius关系建立其老化寿命计算模型；1‑y＝A₁exp{‑kt^α}                      (12)$k=A_2\exp \{-\frac{E}{RT}\}---\left(13\right)$其中：t橡胶密封件热氧老化寿命；y压缩永久变形；A₁零时刻压缩永久变形常数；k老化速度常数；α老化反应时间指数；A₂频率因子；E橡胶材料的活化能；R气体常数；T老化反应温度；步骤三：加速因子综合确定：基于寿命计算模型结合产品工作极限与试验设备加载能力确定加速应力类型与范围，并带入公式计算不同应力水平下产品各薄弱环节的加速因子，最后根据标准差最小原则与加速因子取小原则综合确定产品的加速因子；主要包括：a.应力类型与范围确定；基于产品主机理分析结果，结合步骤二中所选择的寿命计算模型以及产品工作极限与试验设备加载能力确定加速应力类型与范围；b.不同应力水平下加速因子计算；在所确定的应力类型与范围内带入公式分别计算不同应力水平下产品各薄弱环节所对应主机理的加速因子A_f，加速因子按下式计算：L_D0常规载荷谱累积损伤达到D时的寿命；L_Dr加速载荷谱累积损伤达到D时的寿命；$A_f=\frac{L_{D0}}{L_{Dr}}---\left(14\right)$c.加速应力水平确定；分别计算所选加速应力水平下产品各薄弱环节所对应主机理的加速因子标准差σ_AF：${\sigma }_{AF}=\sqrt{\frac{1}{n-1}\underset{x=1}{\overset{n}{\Sigma }}{[A_{fxy}-\left(\frac{1}{n}\underset{x=1}{\overset{n}{\Sigma }}{A}_{fxy}\right)]}^2}---\left(15\right)$其中n为步骤一中确定的产品主机理数量；σ_AF每级加速应力水平下的加速因子标准差；A_fxy产品第x个主机理在第y个应力水平下的加速因子；取σ_AF最小的加速应力水平作为加速试验的加速应力水平；d.加速因子综合确定：在确定的加速应力水平下根据取小原则取该应力水平下产品各薄弱环节所对应主机理中加速因子的最小值为产品的加速因子。