วิธีการคำนวณอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าของวงเล็บมอเตอร์เซอร์โว?

วิธีการคำนวณอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าของวงเล็บมอเตอร์เซอร์โว?

สวัสดีในฐานะผู้จัดหามืออาชีพของวงเล็บเซอร์โวมอเตอร์เราเข้าใจถึงความสำคัญของการโหลดคุณภาพสูง - ส่วนประกอบแบริ่งสำหรับการทำงานที่มั่นคงของอุปกรณ์อัตโนมัติ นี่คือการแนะนำสำหรับเราวงเล็บเซอร์โวสินค้า:
ในระหว่างการทำงานของอุปกรณ์อัตโนมัติเป็นเวลานาน Servo Motor Bracket ซึ่งเป็นโครงสร้างการรับน้ำหนักที่สำคัญ - โครงสร้างแบริ่งจะถูกส่งผลกระทบต่อการโหลดแบบวงจรอย่างต่อเนื่อง บทความนี้จะอธิบายวิธีการคำนวณอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าของวงเล็บเซอร์โวมอเตอร์

ก่อนอื่นพารามิเตอร์พื้นฐาน:ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการคำนวณชีวิตที่เหนื่อยล้า
การคำนวณอายุการใช้งานความเหนื่อยล้าขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์สำคัญสามประการและความแม่นยำของพารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดความน่าเชื่อถือของผลการคำนวณโดยตรง

1. พารามิเตอร์การโหลดคุณสมบัติ
ในระหว่างการทำงานของเซอร์โวมอเตอร์วงเล็บจะถูกโหลดแบบวงจรและแบบไดนามิก จะต้องได้รับสเปกตรัมโหลดที่สมบูรณ์ผ่านการวัดหรือการจำลองจริง:
โหลดคงที่:สิ่งเหล่านี้รวมถึงตัวเองของมอเตอร์ - น้ำหนัก (เช่น 10–50 กก.) และแรงยึดเกาะของส่วนประกอบเชื่อมต่อ (เช่น Bolt preload ของ 50–200 n) โหลดเหล่านี้เป็นส่วนประกอบพื้นฐานของความเครียด

โหลดแบบไดนามิก:สิ่งเหล่านี้เกิดจากแรงกระแทกเริ่มต้น/หยุดมอเตอร์ (เร่งความเร็วสูงถึง 5-10 m/s²) การสั่นสะเทือนในการดำเนินงาน (ช่วงความถี่ 50–500 Hz) และความผันผวนของโหลด (แอมพลิจูดการแปรผันของแรงบิด± 10%–30%) โหลดเหล่านี้จะต้องวัดโดยใช้เซ็นเซอร์แรงแบบไดนามิกหรือเครื่องทดสอบการสั่นสะเทือนเพื่อสร้างสเปกตรัมโหลดซึ่งรวมถึงแอมพลิจูดของความเครียดและจำนวนรอบ (เช่น10⁴รอบต่อชั่วโมง)
​
ประเภทโหลด:กำหนดการรวมกันของแรงดึงการดัดและแรงบิดอย่างชัดเจนวงเล็บเซอร์โวS อยู่ภายใต้การดัดงอและแอมพลิจูดความเครียดสลับที่จุดความเข้มข้นของความเครียด (เช่นขอบรูติดตั้งและมุมยึด) เป็นแกนกลางของการคำนวณ

2. พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของวัสดุ
ลักษณะความเหนื่อยล้าของวัสดุเป็นพื้นฐานหลักสำหรับการคำนวณชีวิตและต้องการการทดสอบวัสดุเพื่อให้ได้ข้อมูลสำคัญ:
ขีด จำกัด ความเหนื่อยล้า (σ₋₁):แอมพลิจูดความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถทนต่อความล้มเหลวได้โดยไม่ล้มเหลวภายใต้วัฏจักรที่ไม่มีที่สิ้นสุด ตัวอย่างเช่นขีด จำกัด ความเมื่อยล้าดัดงอของเหล็ก Q235 อยู่ที่ประมาณ 170–220 MPa ในขณะที่โลหะผสมอลูมิเนียม 6061 อยู่ที่ประมาณ 100–140 MPa

s - n เส้นโค้ง:นี่คือเส้นโค้งความสัมพันธ์ระหว่างแอมพลิจูดของความเครียดและวัฏจักรชีวิต (n) มันต้องมีการทดสอบตัวอย่างมาตรฐานโดยใช้เครื่องทดสอบความเมื่อยล้าเพื่อให้ได้ข้อมูลที่สมบูรณ์สำหรับทั้งสูง - ความเมื่อยล้ารอบ (n มากกว่าหรือเท่ากับ10⁷รอบ) และต่ำ - ความเมื่อยล้ารอบ (น้อยกว่าหรือเท่ากับ10⁴รอบ)

คุณสมบัติเชิงกล:ส่วนใหญ่เหล่านี้รวมถึงความต้านทานแรงดึง (σb), ความแข็งแรงของผลผลิต (σs) และโมดูลัสของ Young (E) ตัวอย่างเช่น 45# เหล็กมีความต้านทานแรงดึง (σb) ประมาณ 600 MPa และความแข็งแรงของผลผลิต (σs) ประมาณ 355 MPa พารามิเตอร์เหล่านี้ใช้สำหรับการคำนวณความเครียดและพิจารณาว่าวัสดุได้ให้ผลหรือไม่

3. พารามิเตอร์โครงสร้าง
โครงสร้างทางเรขาคณิตของวงเล็บส่งผลโดยตรงต่อการกระจายความเครียดและต้องการการสร้างแบบจำลองมิติสามมิติและการวิเคราะห์โครงสร้างสามครั้งเพื่อชี้แจงรายละเอียด:
ความแม่นยำมิติ:ขนาดเช่นความหนาของส่วนประกอบวงเล็บวิกฤต (เช่นความหนาของแขนยึด 5-10 มม.) รัศมีมุม (R1 - R5 มม.) และเส้นผ่านศูนย์กลางรูติดตั้ง (φ8 - φ20มม.) กำหนดขอบเขตของความเข้มข้น

ปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด (KT):ที่จุดเปลี่ยนโครงสร้าง (เช่นมุมขวา - มุมมุม, ช่องเปิด) การขยายความเครียดเกิดขึ้นโดยปัจจัยการขยายเป็นปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด ปัจจัยนี้สามารถรับได้จากคู่มือหรือการจำลององค์ประกอบ จำกัด โดยทั่วไปรัศมีขนาดเล็กและช่องเปิดขนาดใหญ่จะส่งผลให้ค่า KT สูงขึ้น (โดยทั่วไประหว่าง 1.2 ถึง 3.0)

รูปแบบโครงสร้าง:รูปแบบโครงสร้างที่แตกต่างกันเช่นคานเท้าแขนหรือโครงสร้างเฟรมมีเส้นทางการส่งกำลังที่แตกต่างกัน ในบรรดาสิ่งเหล่านี้วงเล็บเท้าแขนมีแอมพลิจูดความเครียดที่ค่อนข้างสูงในตอนท้ายซึ่งต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษในการคำนวณ

ประการที่สองวิธีหลัก:เส้นทางการคำนวณชีวิตที่เหนื่อยล้า
ขึ้นอยู่กับประเภทโหลดและคุณสมบัติของวัสดุการคำนวณอายุการใช้งานของความเหนื่อยล้าของวงเล็บเซอร์โวS ส่วนใหญ่ใช้วิธีการสามประเภทและควรเลือกโซลูชันที่ใช้งานได้ตามสภาพการทำงานจริง

1. ความเครียด - วิธีชีวิต (S - n วิธีการ)
ใช้งานได้กับสถานการณ์ความเหนื่อยล้าของวงจรสูง (ชีวิต> 10⁴รอบ) นี่เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการคำนวณอายุการใช้งาน:
การคำนวณความเครียด:แอมพลิจูดความเครียดสูงสุด (σA) ที่จุดวิกฤตคำนวณโดยใช้สูตรเชิงทฤษฎีหรือการจำลององค์ประกอบ จำกัด (เช่น ANSYS, ABAQUS) โดยพิจารณาจากปัจจัยความเข้มข้นของความเครียด KT ความเครียดที่เกิดขึ้นจริงσ=kt ×σNOM (ความเครียดเล็กน้อย)

s - n การค้นหาเส้นโค้ง:ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของวัสดุและอัตราความเครียด (r=σmin/σmaxโดยทั่วไปจะตั้งค่าเป็น - 1 สำหรับวัฏจักรสมมาตร) วงจรชีวิตที่สอดคล้องกับแอมพลิจูดของความเครียดนั้นได้มาจากเส้นโค้ง SN

การคำนวณการสะสมความเสียหาย:เมื่อโหลดสเปกตรัมเป็นโหลดแอมพลิจูดของตัวแปรเกณฑ์ของคนงานเหมืองจะใช้ในการคำนวณความเสียหายทั้งหมด: d=σ (ni/ni) โดยที่ Ni คือจำนวนรอบที่ระดับความเครียดที่กำหนดและ Ni คืออายุการใช้งานที่สอดคล้องกับระดับความเครียดนั้น เมื่อ D มากกว่าหรือเท่ากับ 1 โครงสร้างจะถือว่าใกล้จะถึงความล้มเหลว

2. สายพันธุ์ - วิธีชีวิต (ε - n วิธีการ)
วิธีนี้ใช้ได้กับสถานการณ์ความเหนื่อยล้าของวงจรต่ำรอบวงเล็บเซอร์โวs ที่มักจะเริ่มต้น - หยุดการดำเนินการ

ในขั้นตอนการคำนวณความเครียดเทคโนโลยีการจำลององค์ประกอบไฟไนต์ถูกใช้เพื่อให้ได้แอมพลิจูดสายพันธุ์ (εA) ที่ตำแหน่งวิกฤตของวงเล็บ สิ่งนี้จะรวมกับโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ E เพื่อสลายตัวแอมพลิจูดสายพันธุ์เป็นสายพันธุ์ยืดหยุ่น (εe=σ/e) และสายพันธุ์พลาสติก (εp=εa - εe)

ε - n การปรับเส้นโค้งใช้สูตรโลงศพของแมนสัน - เพื่อสร้างความสัมพันธ์ระหว่างความเครียดและชีวิตด้วยสูตรที่แสดงเป็น:εa=εe + εp=(σf '/e) (2n)^b + εf' (2n)^c ที่นี่σf 'หมายถึงค่าสัมประสิทธิ์ความแข็งแรงของความเมื่อยล้า B คือเลขชี้กำลังความแข็งแรงεf' คือค่าสัมประสิทธิ์ความล้าของความเมื่อยล้าและ C คือเลขชี้กำลังความเหนียว พารามิเตอร์เหล่านี้สามารถรับได้ผ่านการทดสอบวัสดุพิเศษ

เมื่อแก้ปัญหาชีวิตแอมพลิจูดสายพันธุ์ที่คำนวณได้εAจะถูกแทนที่ในสูตรข้างต้นและชีวิตวงจร N จะได้รับจากการแก้สมการ วิธีนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสถานการณ์ที่วงเล็บผ่านการเปลี่ยนรูปพลาสติกภายใต้โหลดขนาดใหญ่

3. การจำลององค์ประกอบไฟไนต์ - วิธีการช่วย
การปรับปรุงประสิทธิภาพการคำนวณและความแม่นยำผ่านเครื่องมือดิจิตอลเป็นวิธีปฏิบัติทั่วไปในด้านวิศวกรรมสมัยใหม่:
การสร้างแบบจำลองและการสร้างตาข่าย:สร้างแบบจำลองมิติสาม - ของวงเล็บและปรับแต่งตาข่ายในพื้นที่อันตราย (เช่นมุมและช่องเปิด) เพื่อให้แน่ใจว่าการคำนวณความเครียด (ขนาดตาข่ายน้อยกว่าหรือเท่ากับ 1 มม.)

การตั้งค่าโหลดและเงื่อนไขขอบเขต:ใช้โหลดแบบคงที่เช่นตัวเองมอเตอร์ - น้ำหนักและสลักเกลียวล่วงหน้ารวมถึงโหลดแบบไดนามิกเช่นการเร่งความเร็วการสั่นสะเทือนและความผันผวนของแรงบิดในขณะที่ จำกัด องศาอิสระของพื้นผิวการติดตั้ง

การคำนวณโมดูลการวิเคราะห์ความเหนื่อยล้า:เรียกโมดูลการวิเคราะห์ความเมื่อยล้าของซอฟต์แวร์การจำลอง (เช่นเครื่องมือ ANSYS fatigue), ป้อนวัสดุ S - n เส้นโค้งและโหลดสเปกตรัม, คำนวณแผนที่รูปร่างของความเมื่อยล้าของจุดอันตรายโดยอัตโนมัติ

ประการที่สามปัจจัยที่มีอิทธิพลสำคัญ:เงื่อนไขการแก้ไขสำหรับการคำนวณชีวิต
ในสภาพการทำงานจริงปัจจัยต่าง ๆ สามารถลดอายุการใช้งานของความเหนื่อยล้าของโครงสร้างการสนับสนุนและปัจจัยการแก้ไขจะต้องมีการแนะนำในระหว่างการคำนวณเพื่อการประเมินที่แม่นยำ

1. เอฟเฟกต์รายละเอียดโครงสร้าง
ความเข้มข้นของความเครียด:ไม่ได้รับการปรับปรุงขวา - มุมมุม (kt =2.5) มีอายุการใช้งานความเมื่อยล้าประมาณ 40% -60% ต่ำกว่ามุมโค้งมน (kt =1.3) สิ่งนี้สามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างเพื่อลดค่า KT หรือโดยการคูณปัจจัยการแก้ไขความเข้มข้นของความเครียด (KF =1+ Q (KT-1) โดยที่ Q คือค่าสัมประสิทธิ์ความไวของรอยโดยทั่วไป 0.1-0.8) ในการคำนวณ
​
คุณภาพพื้นผิว:อายุการใช้งานที่ล้าของพื้นผิวที่ขรุขระ (ra =12.5 μm) ต่ำกว่าพื้นผิวที่มีการกลึงอย่างประณีต 30% -50% (RA =0.8 μm) ต้องแนะนำปัจจัยการแก้ไขคุณภาพพื้นผิว (=0.6-0.9)

2. ผลกระทบของวัสดุและกระบวนการ
ข้อบกพร่องของวัสดุ:ความพรุนและการรวมในการหล่อสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งความเหนื่อยล้าลดอายุการใช้งานจริง 20% - 40% เมื่อเทียบกับเงื่อนไขในอุดมคติ ควรใช้ปัจจัยการแก้ไขวัสดุ (=0.7-0.9) ตามผลการทดสอบแบบไม่ทำลาย
กระบวนการบำบัดความร้อน: หลังจากการดับและการรักษาระดับความร้อน (ความแข็ง 220–250 HB) ขีดจำกัดความล้าของ 45# เหล็กเพิ่มขึ้นประมาณ 20-30% เมื่อเทียบกับสถานะรีด - ร้อน S {- n ที่สอดคล้องกันสำหรับสถานะที่ได้รับการรักษาจะต้องใช้ในการคำนวณ

3. ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการใช้งานส่งผลกระทบต่อ
สภาพแวดล้อมอุณหภูมิ:ในสภาพแวดล้อมอุณหภูมิสูง - ที่ 100-150 องศาขีด จำกัด ความเหนื่อยล้าของโลหะผสมอลูมิเนียมลดลงประมาณ 15%-25%ซึ่งจำเป็นต้องมีการแนะนำปัจจัยการแก้ไขอุณหภูมิ (t =0.75-0.85)

ประการที่สี่การตรวจสอบความถูกต้องทางวิศวกรรม:สร้างความมั่นใจในความน่าเชื่อถือของผลการคำนวณ
การตรวจสอบผลการคำนวณผ่านการทดสอบเป็นขั้นตอนสุดท้ายในการประเมินอายุการใช้งานความเหนื่อยล้า

1. ทดสอบการทดสอบความเหนื่อยล้ายืน
การทดสอบการโหลด:ติดตั้งโครงสร้างการสนับสนุนบนเครื่องทดสอบความเหนื่อยล้าและใช้โหลดสลับที่สอดคล้องกับสภาพการทำงานจริง (ความถี่ 10–50 Hz) บันทึกจำนวนรอบที่ล้มเหลวและเปรียบเทียบกับชีวิตที่คำนวณได้ ข้อผิดพลาดจะต้องถูกควบคุมภายใน± 20%

การทดสอบขัดจังหวะ:หยุดเครื่องเมื่อรอบถึง 50% หรือ 80% ของอายุการใช้งานที่คำนวณได้และใช้การทดสอบอัลตราโซนิกเพื่อตรวจสอบรอยแตกตรวจสอบการสะสมของความเสียหาย

2. การตรวจสอบภาคสนามและข้อเสนอแนะ
การตรวจสอบการสั่นสะเทือนและความเครียด:ติดตั้งมาตรวัดความเครียดและเซ็นเซอร์การสั่นสะเทือนที่จุดวิกฤตบนโครงสร้างการสนับสนุนเพื่อรวบรวมความกว้างของความเครียดและการนับจำนวนรอบอย่างต่อเนื่องในระหว่างการดำเนินการสะสมข้อมูลสเปกตรัมโหลดจริงสำหรับการสอบเทียบแบบจำลอง

สถิติการติดตามตลอดชีวิต:ดำเนินการติดตามอายุการใช้งานบนแบตช์ - ที่ผลิตวงเล็บบันทึกเวลาความล้มเหลวจริงสร้างฐานข้อมูลและเพิ่มประสิทธิภาพพารามิเตอร์การคำนวณอย่างต่อเนื่อง (เช่นปัจจัยการแก้ไข, สเปกตรัมโหลด)

การคำนวณชีวิตที่เหนื่อยล้าของวงเล็บเซอร์โวs คือกระบวนการปิด - การวนลูปที่เกี่ยวข้องกับ "การได้มาของพารามิเตอร์ - การเลือกเมธอด - การแก้ไขปัจจัย - การตรวจสอบการทดลอง" ผลลัพธ์ที่แม่นยำสามารถทำได้โดยการรวมสูตรทางทฤษฎีการจำลององค์ประกอบ จำกัด และการทดลองทางวิศวกรรม ในการใช้งานจริงควรเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้าง (เช่นการเพิ่มมุมโค้งมนและการเพิ่มประสิทธิภาพความหนาของผนัง) ควรจัดลำดับความสำคัญเพื่อลดความเข้มข้นของความเครียด ในขณะเดียวกันวัฏจักรการบำรุงรักษาควรได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างสมเหตุสมผลตามอายุการใช้งานที่คำนวณได้เพื่อให้แน่ใจว่ายาว - การทำงานที่มั่นคงของอุปกรณ์

ติดต่อเรา
📞โทรศัพท์:+86-8613116375959
📧 อีเมล:741097243@qq.com
🌐 เว็บไซต์ทางการ:https: //www.automation - js.com/