ZY-1型硬齿面双圆弧齿轮20CrMnMo材料的弯曲疲劳极限应力研究

       引言

    齿轮传动是机械传动中最重要的传动形式之一,应用广泛[1]。其中,双圆弧齿轮传动是近六十年发展起来的一种新型的齿轮传动,具有广阔的发展前景。随着传动技术的发展,郑州机械研究所提出了ZY-1型硬齿面双圆弧齿轮齿型,它主要适用于低速重载齿轮传动领域。由于齿面硬度提高,而且双圆弧齿轮就其齿型特点来说具有较高的接触强度,因此齿轮的抗点蚀和抗胶合能力有明显的提高。对于ZY-1型硬齿面双圆弧齿轮传动的设计来说,获得其齿根的弯曲疲劳极限具有重要的指导意义[2]。

    获得齿轮弯曲疲劳极限应力可采用台架试验和高频脉动加载试验,由于条件所限,我们采用了后一种试验方法,辅以有限元法求出齿轮的弯曲疲劳极限应力。现以材料为20CrMnMo的ZY-1型硬齿面齿轮为例进行论述。

    1　ZY-1型齿轮单齿弯曲疲劳试验

    1.1　试验齿轮

    试验齿轮的模数m=4,螺旋角β=10°,齿宽b=8mm。齿轮制造工艺路线为:毛坯-锻造-正火处理-粗车毛坯-探伤、化验-调质处理-半精车-滚齿-渗碳-车碳层-精车-淬火-刮齿。齿面平均硬度大于59HRC,齿面表面粗Ra=0.8μm~1.6μm。材料化学成份及力学性能均符合GB/T8539常规检验的规定。

    1.2　试验机和试验夹具

    试验机是HS-LETRY 100kN微机控制高频疲劳试验机,该机加载精度高,试验数据能准确显示和记录,本试验机加载频率是f=126~131,应力比R=0.2。试验夹具如图1所示,该夹具具有自动加载功能,使载荷沿齿向均匀分布。

    1.3　失效判据[4]

    轮齿齿根出现可见裂纹、载荷或频率下降5%~10%、沿齿根断齿

    1.4　试验方案与数据处理[3]

    1.4.1　试验方案

    采用单齿脉动加载法。被试齿轮从所有试验齿轮中随机抽取,并避免同一应力水平的被试轮齿来自同一齿轮。

    1)在中寿命区,选取2~3级应力水平,采用成组法测定中值疲劳寿命和安全寿命;

    2)在指定循环级数N0=3×106下,采用升降法测定条件疲劳极限。

    数坐标中呈直线,即符合式(2)。

    式中　Np、σp———存活率为P时的疲劳寿命和疲劳强度

    m、C、ap、bp———拟和常数

    1.4.3　基本公式

    用升降法测得的条件疲劳极限计算σ-1和标准差Sσ-1的计算公式为式(3)、式(4)。