[发明专利]机械机心传动轮系的疲劳评估方法和装置

说明书

本发明提供一种机械机心传动轮系的疲劳评估方法和装置。该机械机心传动轮系的疲劳评估方法，包括如下步骤：对原动系进行检测，以获得发条的输出力矩曲线；获取传动轮系中的各个元件的动力学参数，建立有限元动力学模型，以获得传动轮系的有限元动力学模拟结果；根据所述有限元动力学模拟结果建立所述传动轮系的疲劳预测模型，以获得所述传动轮系的疲劳性能。实现传动轮系疲劳性能的检测，保证发条以及传动轮系工作的可靠性，进而提高机械机心的使用性能。

技术领域

本发明涉及机械手表检测技术领域，特别是涉及一种机械机心传动轮系的疲劳评估方法和装置。

背景技术

机械手表机心(简称“机械机心”)需要长时间保持稳定的工作状态；高质量的机械机心往往能达到10～20年，甚至更长时间的走时。在此期间，要避免机心零件产生疲劳导致机心走时不准甚至无法正常工作。因此，在机心设计之初，就需要评估机械机心零件的耐疲劳性能，从而通过改善尺寸设计或材料选择避免零件疲劳的发生。

机械机心在工作过程中，各个零件承受不同的循环应力。理论上，在材料相同的情况下，零件应力越大，其材料产生疲劳的可能性越大。机械机心中，擒纵系以及摆轮游丝系统(简称“擒纵调速机构”)在工作过程中，各零件内部应力非常小，其循环应力幅值远远低于相应材料的疲劳极限。除非特别的设计，擒纵调速机构基本不会发生疲劳(理论上，游丝可能发生疲劳，但是游丝疲劳不在此专利的研究范围)。另外，机械机心的发条比较容易产生疲劳导致输出力矩大大降低，发条疲劳可以通过简单的试验进行验证与评估。但是，机械机心中传动轮系的耐疲劳性能往往难以评估，这是因为无法通过试验来模拟传动轮系真实的运动过程。机心中的传动轮系受条盒轮驱动旋转，也受到擒纵调速机构反馈回来的时间步长限制，因而传动轮系实际上是在高应力状态下的步进式转动，此方式无法用简单且快速的试验模拟出来。所以，机械机心传动轮系的耐疲劳性能由于难以评估而被忽视。由于传动齿轮(特别是中心轮、三轮等在工作过程中具有高应力状态的齿轮)往往要工作10～20年，甚至更久，其对机械机心长期走时的可靠性有较大的影响。

在钟表领域，目前国产机械机心关键功能模块的动力学分析的论文中提到传动轮系疲劳性能的模拟方法。但是，采用上述模拟方法对传动轮系进行疲劳评估时，并未考虑发条输出力矩的时变性，以及传动轮系的转动过程，无法准确反应传动轮系在工作中的循环应力状态，进而影响传动轮系疲劳评估的准确性。

发明内容

基于此，有必要针对目前无法对传动轮系的疲劳性能进行评估与预测的问题，提供一种实现传动轮系疲劳性能检测的机械机心传动轮系的疲劳评估方法和装置。

上述目的通过下述技术方案实现：

一种机械机心传动轮系的疲劳评估方法，包括如下步骤：

对原动系进行检测，以获得发条的输出力矩曲线；

获取传动轮系中的各个元件的动力学参数，建立有限元动力学模型，以获得传动轮系的有限元动力学模拟结果；

根据所述有限元动力学模拟结果建立所述传动轮系的疲劳预测模型，以获得所述传动轮系的疲劳性能。

在其中一个实施例中，对原动系进行检测，以获得发条的输出力矩曲线，包括如下步骤：

设定所述发条输出力矩曲线的某一区间的首端与末端分别为T₀与T_N；

将所述发条输出力矩曲线上首端与末端之间的区间划分为N份；

获得各个工作时刻的输出力矩T₁、T₂、……T_N-1；

根据T₀、T₁、T₂、……T_N描绘所述输出力矩的动态变化过程。