旋压皮带轮疲劳安全因子的研究

翁剑成

（龙岩学院物理与机电工程学院，福建 龙岩 364000）

1 引言

皮带轮是机械设备中重要的传动部件，在传动动力和运动工作过程中，承受着交变载荷作用，在应力集中位置容易产生微裂纹，在疲劳载荷持续作用下，微裂纹会扩展成宏观裂纹，最后导致皮带轮断裂失效。

为了避免旋压皮带轮工作过程中发生疲劳断裂失效，生产前需要设计其疲劳强度，使其工作承受的交变应力小于材料的疲劳极限[1]。

目前，对旋压皮带轮进行疲劳实验主要是把皮带轮悬挂起来进行旋转，一直转到出现微裂纹为止。

为了避免疲劳试验耗人时，耗材力和周期长等缺点，伴随计算机硬件技术的飞速发展和有限元软件功能的不断强大，有限元数值模拟方法在旋压皮带轮设计中的应用越来越广泛，相应地获得了一系列研究成果，而纵观这些有关旋压皮带轮的数值模拟研究成果中[2-4]，不难发现有关皮带轮成型工艺模拟及设计方面的研究文献居多[5-7],而旋压皮带轮疲劳寿命的相关研究文献较少。

在疲劳寿命研究中，主要是基于修正的材料应变-寿命曲线进行评估[8-9]，材料应变-寿命曲线主要通过实验获取，耗时长，成本高。

这里以某公司生产的皮带轮为研究对象，应用极限应力图是对其疲劳安全工作范围进行控制，并借助有限元计算结果计算其疲劳安全因子，为皮带轮安全工作提供科学手段。

2 极限应力图及疲劳安全因子计算理论

在工作过程中，零部件往往不是受到单一应力循环特性而是承受着不同循环特性，根据文献[10]可知不同循环特性下，结构的疲劳极限不同，它们之间的相互关系可以通过极限应力曲线图进行描述。……