絕大多數(shù)風(fēng)電齒輪箱的零部件都工作在循環(huán)變化的載荷下，這導(dǎo)致疲勞破壞成為風(fēng)電齒輪箱零部件的主要破壞形式。一般而言，零件發(fā)生疲勞破壞時(shí)，應(yīng)力水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料本身的屈服應(yīng)力和強(qiáng)度極限。零件的疲勞破壞往往突然發(fā)生，導(dǎo)致災(zāi)難性事故。因而疲勞破壞和疲勞分析方法引起風(fēng)電行業(yè)的高度重視。

什么是金屬疲勞？

疲勞是一種機(jī)械損傷過(guò)程，在這一過(guò)程中即使名義應(yīng)力低于材料的屈服強(qiáng)度，載荷的反復(fù)變化也將引起失效。疲勞一般包含裂紋萌生和隨后的裂紋擴(kuò)展兩個(gè)過(guò)程，循環(huán)塑性變形是金屬產(chǎn)生疲勞的主要原因。

根據(jù)不同的疲勞破壞形式，有著不同的疲勞分析方法，常用的有以下三種：

名義應(yīng)力法

名義應(yīng)力法認(rèn)為兩個(gè)不同形狀的零件只要滿(mǎn)足以下條件則他們的疲勞壽命相同。

1、零件的材料相同。

2、零件的載荷譜相同。

3、零件最危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中系數(shù)相同，

使用名義應(yīng)力法進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，首先需要根據(jù)載荷譜確定零件危險(xiǎn)部位的應(yīng)力譜；而后采用材料的S-N曲線(xiàn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)部位的應(yīng)力集中系數(shù)，結(jié)合材料的疲勞極限圖，通過(guò)插值將材料的S-N曲線(xiàn)轉(zhuǎn)換為零件的S-N曲線(xiàn)；最后根據(jù)由載荷譜確定的應(yīng)力譜根據(jù)Miner線(xiàn)性損傷累積規(guī)則計(jì)算零件的壽命。

名義應(yīng)力法主要用于對(duì)彈性變形居主導(dǎo)地位的高周疲勞壽命計(jì)算。由于名義應(yīng)力法沒(méi)有考慮危險(xiǎn)部位局部塑性變形和不同載荷順序?qū)ζ趬勖挠绊?，因而無(wú)法適用與塑性變形居主導(dǎo)地位的低周疲勞情況。

局部應(yīng)力應(yīng)變法

局部應(yīng)力應(yīng)變?cè)谟?jì)算疲勞壽命時(shí)基本假設(shè)如下：如果不同結(jié)構(gòu)形式的零件材料相同，且最危險(xiǎn)部位應(yīng)變變化過(guò)程相同，則兩零件具有相同的疲勞壽命。

使用局部應(yīng)力應(yīng)變法進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，首先確定零件的危險(xiǎn)部位，并根據(jù)載荷譜和材料的循環(huán)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)計(jì)算零件危險(xiǎn)部位的應(yīng)變過(guò)程；根據(jù)材料的應(yīng)變過(guò)程-壽命曲線(xiàn)確定載荷譜中各級(jí)載荷造成的損傷；最后根據(jù)損傷累計(jì)規(guī)則計(jì)算零件的壽命。

局部應(yīng)力應(yīng)變法主要用于對(duì)塑性變形居主導(dǎo)地位的低周疲勞壽命進(jìn)行計(jì)算。但是局部應(yīng)力應(yīng)變法在對(duì)彈性變形為主的疲勞失效進(jìn)行壽命計(jì)算時(shí)，往往會(huì)有很大誤差。

損傷容限法

損傷容限法以斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，假設(shè)零件中存在初始裂紋；該方法將初始裂紋長(zhǎng)度擴(kuò)展至臨界裂紋長(zhǎng)度所需的時(shí)間作為零件的疲勞壽命。常用的裂紋擴(kuò)展速度公式有帕里斯公式和佛曼公式。

采用損傷容限法進(jìn)行疲勞壽命計(jì)算時(shí)，首先根據(jù)材料的斷裂韌度確定材料的臨界裂紋長(zhǎng)度；而后通過(guò)無(wú)損傷檢測(cè)等方法確定零件中裂紋的初始長(zhǎng)度。再根據(jù)裂紋擴(kuò)展速度公式確定載荷譜中各級(jí)載荷造成的裂紋擴(kuò)展速度確定在載荷作用下零件的疲勞壽命。

由于疲勞現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，也有很多學(xué)者在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出了其它的疲勞分析方法，如能量法和應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)法等。

安維士聯(lián)合中國(guó)船級(jí)社、南高齒以及業(yè)主單位、主機(jī)廠、齒輪箱廠等，依據(jù)多年的齒輪箱后市場(chǎng)維修經(jīng)驗(yàn)，編制了齒輪箱檢修技術(shù)規(guī)范并依據(jù)執(zhí)行。