珠光体及珠光体—铁素体球铁齿轮抗弯曲疲劳能力的研究

本文是珠光体和珠光体—铁素体球墨铸铁齿轮弯曲疲劳极限应力σ_(Flim)测定的试验总结。作者根据13对齿轮的寿命试验结果,用最小二乘法求得弯曲疲劳曲线方程为: σ_F~(3.209)N=4.073×10~(14) 当循环基数N_O=5×10~6次时,相应的弯曲疲劳极限应力σ_(Flim)为292N/mm~2。同时求得可靠度为99％的疲劳曲线方程: δ_F~(3.209)N=1.180×10~(14) 相应的弯曲疲劳极限应力δ_(Film)=198.5N/mm~2(N=5×10~6)。上述数值可供设计齿轮时参考。此外,作者根据试验情况,对珠光体和珠光体—铁素体球铁齿轮弯曲疲劳断口的特点作了描述。     

铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响的试验研究

当前，表面硬化齿轮存在多种铸锭工艺状态，开展铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳性能影响研究，对齿轮抗疲劳精益设计和成本控制有十分重要的意义。对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6渗碳齿轮开展了表面完整性表征测试，研究了不同铸锭状态齿轮的齿根残余应力、表面粗糙度和硬度差异；基于国家标准GB/T 14230—2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》，设计了齿轮弯曲疲劳试验方案，对模铸锭、连铸坯和电渣锭18CrNiMo7-6齿轮开展了升降法齿轮弯曲疲劳试验，获取了不同可靠度下的弯曲疲劳极限，探究了铸锭工艺对齿轮弯曲疲劳极限的影响；对3种工艺状态齿轮开展了Locati快速测定法的齿轮弯曲疲劳极限测试，研究了两种试验方法的弯曲疲劳极限结果差异，为我国齿轮疲劳基础数据建设与抗疲劳主动设计提供参考。     

升降法测定齿轮的弯曲疲劳极限

齿轮弯曲疲劳强度是衡量齿轮性能的重要指标,开展齿轮试验是获得齿轮弯曲强度的有效方法。针对20Cr Mo H渗碳齿轮,采用升降法开展单齿弯曲疲劳强度试验研究,基于脉动加载法和成组试验方案,在电磁谐振疲劳试验机上对齿轮轮齿进行了5个应力级的疲劳强度试验;依据平截面和折截面两种方法计算轮齿齿根应力,分析得到了该齿轮的弯曲疲劳极限;结合轮齿裂纹位置和断口形貌,分析了形成原因,结果表明,折截面法确定的危险截面位置更加符合实际,为进一步研究齿轮的弯曲疲劳强度提供了基本思路。     

20CrMnTi硬齿面齿轮弯曲疲劳试验分析

为了获得20CrMnTi材料齿轮的弯曲疲劳特性,基于Miner线性损伤累积假设理论,利用疲劳试验机,采用疲劳极限快速测定法,较快地得出被测齿轮的弯曲疲劳极限应力值,能为齿轮设计时提供准确的弯曲疲劳极限应力值.     

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能

选取经硬化(强化)处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能。研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa。通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限:对应失效概率10%、置信度95%的疲劳强度下极限为707 MPa;对应失效概率1%、置信度95%的疲劳强度下极限为647 MPa。     

25Cr2Ni4WA合金钢渗碳淬火齿轮的弯曲疲劳试验分析

采用双齿弯曲脉动加载试验法,进行了25Cr2Ni4WA齿轮弯曲疲劳强度试验.根据试验所得数据,按统计学原理,拟合出S-N曲线,并获得不同置信度、可靠度下的弯曲疲劳极限应力值;能为该材料齿轮的弯曲疲劳可靠性设计提供了实践基础数据.     

S38C车轴钢的旋转弯曲和超声振动疲劳性能研究

选取经硬化（强化）处理的S38C车轴钢小试样,分别采用旋转弯曲疲劳试验机和超声振动疲劳试验机进行疲劳试验,研究其旋转弯曲和超声振动疲劳性能。研究表明,对于具有低温回火马氏体组织的S38C车轴材料,若以4×108周次不发生疲劳破坏的最大应力为疲劳极限,旋转弯曲疲劳试验得到的疲劳极限为775 MPa,超声疲劳试验得到的疲劳极限为675 MPa。通过升降法试验得到(旋转弯曲加载)的具有低温回火马氏体组织的S38C材料在108周次的疲劳极限：对应失效概率10%、置信度95%的疲劳强度下极限为707 MPa;对应失效概率1%、置信度95%的疲劳强度下极限为647 MPa。     

42CrMo钢渗碳淬火齿轮弯曲疲劳极限快速测定

针对42CrMo钢生产新齿轮的需要,进行了齿轮弯曲疲劳强度试验。在对该材料进行化学成分分析和硬度检测后,提出基于LOCATI方法进行双齿脉动加载试验。根据试验所得数据,按统计学原理,拟合出S-N曲线,并获得置信度为95%、可靠度为95%的弯曲疲劳极限应力值。为该材料齿轮的弯曲疲劳可靠性设计、有限寿命设计提供了真实的试验依据。     

不同精加工齿面的电子束处理齿轮弯曲疲劳性能


对不同工艺齿面下齿轮进行强流脉冲电子束强化处理,实验研究其弯曲疲劳性能,并对齿轮电子束处理前后的齿面硬度、表面粗糙度、齿根表面形貌及组织和表面应力进行对比,分析不同工艺齿面下电子束处理对齿轮弯曲疲劳性能的影响。实验结果证明,在恒幅载荷条件下,未磨削齿轮在经电子束处理后在可靠度50%下弯曲疲劳极限降低了14%,磨削齿轮经电子束处理后弯曲疲劳极限提高了6.1%。齿轮的表面工艺对弯曲疲劳强度影响较大,经过磨削工艺,原始齿轮和电子束处理的齿轮强度分别增加了52.2%和88.2%。

     

渗碳及渗碳喷丸齿轮轮齿弯曲疲劳极限的定量分析

跳出学科分工的局限性,对以齿轮为例的表面强化零件的表象疲劳极限进行综合分析。采用20CrMnTi钢制备三点弯曲小试样及齿轮试样。试样都经过同样的渗碳(并淬火及低温回火)处理,其中一半试样再经过表面喷丸强化。为了对比,还有一组小试样经过伪渗碳处理。测定了小试样表面层的残余压应力场。利用升降法确定了5×106周、应力比0.05条件下小试样和齿轮试样轮齿的弯曲疲劳极限载荷,并对各组试验中疲劳寿命最长的断口进行分析。建立有限元模型,并利用ANSYS软件计算齿轮根部的应力场。利用“疲劳源形成和疲劳极限的微细观过程理论”及“表面和内部疲劳极限”的概念对试验结果进行定量分析,并探讨根据小试样疲劳极限确定复杂零件(如齿轮)疲劳极限载荷的方法,以及表面强化工艺优化的问题。     

基于分层贝叶斯模型的齿轮弯曲疲劳试验分析

常规齿轮弯曲疲劳试验数据处理方法是基于最小二乘法（LSE）等传统频率理论的,在小样本条件下可靠度应力寿命（P-S-N）曲线易发生拟合失真。基于成组法开展了8620H钢表面渗碳齿轮的弯曲疲劳试验,将贝叶斯理论应用于小样本条件下弯曲疲劳试验数据分析,建立了齿轮弯曲疲劳试验数据的分层贝叶斯（HBM）模型,并通过Gibbs采样获得了参数的后验分布,得到齿轮弯曲疲劳P-S-N曲线。同时以50%和99%可靠度下S-N曲线相对斜率比为评价指标,对比了LSE模型与HBM模型拟合效果,结果表明：随着试验样本数据量的变化,HBM模型的相对斜率比α波动变化率为传统LSE模型的1/40,小样本条件下HBM模型结果优于传统的LSE模型结果。HBM模型可推广应用至齿轮接触疲劳试验等数据分析中。     

结构强度对低载强化特性影响的初步研究

为了研究结构强度对低载强化特性的影响，对未经过工艺强化的低强度前轴和经过工艺强化的高强度齿轮分别进行了低载强化试验。通过对试验数据的处理，得到了两种结构弯曲疲劳强度的S-N曲线、弯曲疲劳强度和疲劳寿命与强化载荷、强化次数之间的数学关系，以及经过低载强化后弯曲疲劳强度和疲劳寿命提高的最大幅度。随着结构强度的提高，弯曲疲劳强度的提高幅度呈下降趋势，但疲劳寿命的提高幅度呈上升趋势。从宏观和微观上初步分析了结构强度对低载强化特性影响的原因。     

聚乙二醇—DPCO萃取光度法测定油中铬（Ⅵ）

本文研究了铬（Ⅵ）—二苯偶氮羰酰肼（DPCO）—聚乙二醇（PEG）体系的萃取和显色反应条件。在pH值为2.0的盐酸-氯化钾缓冲体系中,采用萃取分光光度法,直接测定了油样中的铬（Ⅵ）。铬（Ⅵ）的最大吸收峰位于550nm处,铬（Ⅵ）含量在0～25μg/10mL范围内服从比尔定律。摩尔吸光系数ε550=1.9×105L·mol-1·cm-1,相关系数r=0.9996。实验结果表明：人工合成样的平均回收率为97.73%,相对标准偏差（RSD）为3.19%。采用该方法测定了阿曼原油和减二线油中的铬（Ⅵ）,其含量分别为1.164μg·g-1和3.432μg·g-1,它们的相对标准偏差（RSD）分别为1.77%和2.16%。阿曼原油和减二线油中铬（Ⅵ）的加标平均回收率分别为97.80%和99.82%。研究结果表明,该方法具有操作简便、灵敏度较高、对环境无污染等特点,是集萃取和显色为一体的测定油样中铬（Ⅵ）的好方法。     

服从正态分布随机载荷作用下齿轮弯曲疲劳试验研究

根据齿轮传动过程中普遍承受的高斯分布载荷谱,编制了试验用随机变幅疲劳载荷谱,在MTS电液伺服疲劳试验机上利用成组试验方法完成了该随机载荷作用下全寿命齿轮弯曲疲劳试验,得到了特定变差系数高斯分布载荷谱下齿轮弯曲强度的R-S-N曲线。试验结果证明,随机变幅疲劳试验得出的轮齿疲劳寿命低于由疲劳载荷上限值取为载荷谱均值的恒载荷疲劳试验得出的疲劳寿命,因此,如果采用后者的试验结果去估算实际服役中的齿轮的弯曲疲劳寿命是非常危险的。对随机载荷下的齿轮设计的疲劳极限的理论值进行了预测,并与试验结果进行了比较。结果表明,理论分析结果与试验结果基本相符。     

用有限元法进行结构强度计算时极限应力的确定

有限元法在结构强度的分析与计算中的应用越来越广泛 ,但是在分析中相应极限应力的确定尚存在一定的误区。本文应用“当量设计”的概念 ,针对这一误区进行了深入研究 ,揭示了用有限元法进行结构强度计算时 ,合理确定极限应力的方法与应注意的问题。通过对实验结果的分析 ,给出了对航空齿轮有限元分析时相应的齿根弯曲疲劳极限。     

基于BP神经网络的齿轮弯曲疲劳强度极限应力计算

针对齿轮弯曲疲劳强度极限应力计算繁杂、给齿轮强度验算和设计计算带来了很大不便的问题,提出了使用BP神经网络映射齿轮的弯曲疲劳强度极限应力近似算法,以便减少计算规模,提高齿轮设计及验算效率,其映射结果表明,使用该方法求齿轮的弯曲疲劳强度极限应力,是可行的和高效的,能够为齿轮的设计计算和强度验算提供方便。     

齿轮传动多模式失效的时变可靠性分析

提出一种在多种失效模式下的齿轮传动时变可靠性模型和计算方法.以齿轮疲劳寿命系数与应力循环次数之间的关系曲线建立齿轮强度时变模型,进而建立同时考虑齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的可靠性分析模型.基于一次二阶矩方法推导齿面接触疲劳失效和齿根弯曲疲劳失效的时变概率计算公式,并推导出了这两种失效模式的联合失效概率密度函数的...     

基于ANSYS的谐波齿轮减速器疲劳寿命仿真分析

谐波齿轮减速器是一种新型机械传动机构,其寿命评估越来越受到人们的重视。谐波齿轮减速器的最主要的故障模式是柔轮的疲劳断裂,故该文采用三维实体建模和有限元分析的方法,首先对柔轮进行实体建模,分析其受力情况,并根据相关的理论对实体模型进行简化,在ANSYS软件中利用有限元方法进行静力结构分析,并在此基础上引入疲劳分析模块进行疲劳寿命估计。计算结果表明该方法能够对谐波齿轮减速器进行较为有效的寿命估计。     

齿轮弯曲疲劳寿命及可靠性分析研究

齿轮是传动系统中的关键部件,对其疲劳寿命及可靠性研究非常重要.采用了名义载荷法完成齿轮疲劳寿命的估算并对其可靠性进行研究.将齿轮材料属性定义为结构钢,给定齿轮工作载荷谱,并基于疲劳损伤理论Miner,完成时齿轮疲劳寿命的研究.