为了研究齿根裂纹对硬齿面齿轮疲劳寿命的影响,以某渐开线硬齿面齿轮为研究对象,基于断裂力学方法和疲劳裂纹扩展理论,分析研究了齿轮齿根疲劳裂纹扩展机制;建立了考虑载荷大小、初始裂纹大小以及初始裂纹位置等因素影响的硬齿面齿轮齿根裂纹扩展剩余寿命分析模型,研究了齿根裂纹不同扩展阶段的应力强度因子演变规律与裂纹扩展机制;根据某渐开线硬齿面齿轮副弯曲疲劳试验数据,对所建计算模型进行了分析与验证,证明了模型的准确性。结果表明,与Ⅱ型裂纹、Ⅲ型裂纹相比,Ⅰ型裂纹应力强度因子最大,从齿面到裂纹深度方向,其值逐渐减小;随载荷、裂纹长度、裂纹宽度以及初始裂纹距齿宽中心位置的距离等因素的增大,裂纹扩展剩余寿命都随之减小。

硬齿面齿轮存在一种被称为齿面断裂(Tooth flank fracture,TFF)的轮齿失效模式。ISO组织在2019年发布了针对齿面断裂承载能力计算的技术规范。齿面断裂失效是一种疲劳现象,初始裂纹萌生于表面硬化层与轮齿心部的过渡区,它的失效机理不同于传统的点蚀和齿根断裂疲劳失效模式。对齿面断裂失效的主要特征、研究现状、计算方法和主要影响因素进行了归纳。为深入了解齿面断裂失效提供了理论依据。