第5期 2017年5月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)05008804
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 05. 023
No.5 May2017
深切口椭圆柔性铰链疲劳寿命预测方法与模型
伍建军，廖泰健，叶祥，刘海平，汪辉
（江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）
摘要：针对深切口椭圆柔性铰链疲劳失效难以准确预测的难题，提出了一种应力一寿命模型的方法。该方法首先采用有限元对柔性铰链进行结构与受力分析，发现缺口薄弱处的应力最大处易发生失效，并给出最大应力计算公式：然后建立应力-寿命模型，利用经验估算法获取类性铰链材科的疲劳强度估计值；最后通过引入Marin方法来修正疲劳强度精度，进而获取寿命预测值。实例表明该方法可以为柔性铰链疲劳寿命预测提供一种新途径。
关键词：椭圆柔性铰链；疲劳失效；寿命预测；应力-寿命模型
中图分类号：TH162;TG506
文献标识码：A
Fatigue Life Prediction Method and Model of Elliptical Flexure Hinge with Deep Notch
WU Jian-jun, LIAO Tai-jian, YE Xiang, LIU Hai-ping, WANG Hui
( College of Mechanism and Electronic Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou Jiangxi 341000 , China )
Abstract : It is difficult to accurately predict the fatigue failure of elliptical flexure hinges with deep notch, a method of stress life model is proposed. In this method, the finite element method is used to analyze the structure and stress of the flexible hinge, and found that the maximum stress is easy to failure, and the maxi-mum stress calculation formula is given; then, the stress life model is established, and the fatigue strength of the flexible hinge material is obtained by the method of empirical estimation; finally, the Marin method is introduced to modify the precision of fatigue strength, and then obtain the life prediction value. An example
shows that the method can provide a new way to predict the fatigue life of flexure hinges. Key words: elliptical flexure hinges; fatigue failure life; prediction; stress-life model
0引言
柔性铰链是一种利用材料的弹性变形来实现其功能的运动副，具有无机械摩擦、体积小、无间隙、无需装配等优点"。因此自面世以来便广泛的应用于各种小位移，高精度的场合如微动操作台、微夹错机构、微型放大器和光学自动调焦机构等[24]
大多数柔性较链都是在循环载荷环境下工作，因此疲劳是最主要的失效方式，为了避免因柔性铰链的疲劳失效而对设备造成巨大的损失，在设计和使用阶段对柔性铰链进行疲劳寿命预测有重要意义。经查阅文献发现，目前国内外学者对疲劳寿命预测作了大量研究。文献[5]运用有限元分析的方法结合ANSYS 仿真对倒圆直角梁型柔性铰链进行疲劳分析。文献[6]通过临界面法疲劳准则,通过修正的应力公式建立了叶型柔性较链疲劳寿命预测模型，并运用疲劳试验进行验证，给出了疲劳寿命的经验公式。文献[7] 考虑了设计参数的随机性，并运用蒙特卡罗抽样的方
收稿日期：20161204；修回日期：20161219
法研究柔性铰链的疲劳可靠性。然而，目前针对柔性链的疲劳寿命预测还鲜有研究，但柔性较链在设计与使用时必须考虑疲劳寿命，确定使用期限
应力-寿命模型法是一种广泛用于机械零部件寿命预测方法，但由于机械零部件功能、尺寸和工作环境的多样性，预测精度偏低。为此，将应力-寿命模型的方法和Marin修正系数相结合，对深切口楠圆柔性铰链进行疲劳寿命预测，最终获得较为准确的预测值，为柔性链的设计与维护提供借鉴和依据。
深切口椭圆柔性铰链
深切口椭圆型柔性铰链与常规柔性铰链相比具有更大的行程和更高的转动精度的优点。如图1所示，图中椭圆的长半轴由&表示，椭圆的短半轴由6表示，且≥6，最小厚度由t表示，铰链的宽度由"表示。本文对深切口椭圆柔性铰链寿命预测的流程如图2所示。
*基金项目：国家自热科学基金资助项目（51365015）；江西省科技厅科技项目（20142BBE50058）
作者筒介：伍建军(1974—），男，四川营山人，江西理工大学副教投，博土，研究方向为工业工程、质量与可靠性研究，（Email)391485400@q9-com；
通讯作者：廖泰健(1992—），男，江西赣州人，江西理工大学额土研究生，研究方向为质量与可靠性研究，（E-mail)905447835@q com,
万方数据