喷丸对齿轮弯曲疲劳影响的数值仿真及试验

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:havor
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齿轮是机械传动中的重要组成部分,在工业产品中应用广泛。齿轮的运动形式和受力状况,决定了齿轮的失效形式主要是疲劳破坏,而疲劳断齿是所有齿轮失效中最多的。强力喷丸在齿轮表面形成残余压应力场,阻碍疲劳裂纹的产生,是一种有效提高齿轮疲劳寿命的表面处理方式。利用数值模拟的方法,对喷丸前后齿轮在不同载荷下的单齿弯曲疲劳进行受力分析和寿命计算,得到齿轮喷丸前后的单齿疲劳寿命,不但节省了试验时间,而且为齿轮寿命预测提供了一种尝试,对喷丸工艺的优化也有一定的意义。  试验齿轮有两种,一种是m=4.5mm、Z=24的齿轮(A型齿轮),材质是17CrNiMo6,另一种是 m=10mm、Z=29的齿轮(B型齿轮),材质是42CrMoA,齿轮都经过渗碳淬火。齿轮喷丸强度为0.5mmA和0.4mmA。本文使用MSC公司的有限元计算软件MARC进行齿轮在加载条件下的应力场分析,使用疲劳寿命分析软件Fatigue预测齿轮的弯曲疲劳寿命。在计算过程中忽略热处理带来的残余应力,喷丸造成的齿轮残余应力场采用试样实测值并以赋初值的方式加入计算模型中。弯曲疲劳试验按照GB14230-1993采用少试验点组合法(B试验法)在高频疲劳机上进行单齿弯曲疲劳试验,试验采用正弦载荷,每个齿轮分别采用5种载荷进行试验。  分析结果发现,在齿轮受载过程中,轮齿上端齿根所受拉应力最大,塑性变形量最大,最容易发生疲劳破坏。弯曲疲劳寿命预测结果表明,喷丸之后齿轮弯曲疲劳寿命明显提高,疲劳裂纹源从表面移至次表层。齿轮在弯曲疲劳试验过程中,都是从受载荷齿的上齿根发生断裂,快速扩展至下齿根。随载荷增加,喷丸对齿轮弯曲疲劳寿命的提高幅度减小。两种强度的喷丸,0.5mmA的喷丸对弯曲疲劳寿命的提高更多。弯曲疲劳寿命预测结果与实测值吻合较好。
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