基于内聚力模型的螺杆马达界面力学研究及改善

摘要

针对螺杆马达定子橡胶衬套易脱胶失效的问题,开展了7/8头常规及等壁厚螺杆马达定子衬套失效机理的研究,研究中采用了橡胶-金属界面内聚力原理,通过橡胶-金属粘接力学试验和橡胶单轴拉伸试验,以及有限元和数值分析,获得了界面切应力是造成衬套粘接失效的主要因素,且衬套线型最小圆弧半径是造成界面最大切应力改变的主要原因;钻井液、过盈量对等壁厚衬套界面切应力影响显著,钻井液液柱压力由15 MPa增大到60 MPa,等壁厚衬套界面最大切应力增大146%,等壁厚螺杆马达更容易出现粘接失效。最后提出异壁厚衬套结构,异壁厚衬套界面切应力小于等壁厚衬套,且随最小圆弧半径增大而减小,具有良好的散热性;异壁厚衬套发生疲劳失效时使用时长与最小圆弧半径成正比,预测疲劳失效时最大使用时长为240.99 h,率先发生疲劳失效区域为衬套内腔弧顶,与实际失效现象一致。为螺杆马达设计优化提供了理论依据,并为提高螺杆马达工作寿命做出重要贡献。

关键词

内聚力模型 / 界面切应力 / 粘接失效 / 异壁厚衬套 / 疲劳寿命预测