【doc】表面淬火齿轮材料的许用应力

【doc】 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面淬火齿轮材料的许用应力 表面淬火齿轮材料的许用应力 表面淬火齿轮材料的许用应力 [擒奠]淬逢钢制齿轮的许用应力一盘可以和拉伸强度一样用简单的关采予以表示,但 是这一规律不能推广到表面淬是铜.表面硬度相同的铜,由干硬化 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 不同具有不同的许用应 力.本文利用一些机械参敷对这些堇值从理论上散了阐述,并解释了在英西齿轮薪标堆I~436 舅【3鄙分il逑的有关许异l应力的盘. 美??一寰酉讳火齿轮许用虚力 350?IPRINT’MS.1dmUm呻mm叫加in -? 380PlLnz?lo0?’,’’Im 400C1StHUN),输入12,5 显示器询问奠分().输入3.2 显示器询问灰分()t输入0.04 2)显示器询问输入数据是否正确 (Y/N)?输入Y 3)显示器清屏,然后询问钒ppm,输入 128 显示器询问钠m,输入35 显示器询问铝ppm,输入20 显示器询问硅m,输入0 显示器询问在15?下的柴油密度,输入0. 85 —— {4—— 4)显示器询问输入的敷据是否正确(Y/ N)?输入Y 5)显示器清屏,然后显示结果t混合髓油 中重油最大允许摁掺比为65 主要变量及其函敷. A.在15?下重油密度 B.在50?下重油粘度cst D.残破值 E.硫分 F.灰分 o.钒 H.钠 L铝 J.硅 M.在15?下柴油密度 O.混合撼油中残碳值——最大为10 P.奠黄——最大为3.5 Q.灰分——最大为0.05 R.钒——最大98pmm &钠——最大R/3ppm T.混合钧中瀑加荆I+J的混掺极限——最 大100(百万分率ram) Y.粘度的混掺极限 丽1 (王晓红) 来源:(MER)1908,(6),(7),(8) 引言 对于谇透钢.许用接触应力和弯曲应力 一 般可以和硬度或拉伸应力一样用简单的关 系来表示.业已壹明,这对用于齿轮辐定生产 过程是一种可以满足要求的方法.然而,这种 方法不艟推广列表面淬火钢.对于这些特殊 钢,根据过去的实践巳为一种特殊钢和硬化 法规定了特殊的许用应力. 在分析表面淬火钢和淬透锕不同的原因 之后髓定了一种计算许用应力的境一方法 并巳将萁用于英国齿轮新标准BS436第3部 分. 表面淬火钢和淬遗钢的主要区别是t ? 表面淬火齿轮可能由于在位于或接近 于节线处发生裂簋而破坏.这是由于接触应 力(当负荷作用线越过断袭点时)和弯曲应力 (当负荷作用线高出齿根面时)=者相互作用 的结果.弯曲应力和负荷戚正比倒,面 H_td且n理论告诉我们,接触应力和负荷的 平方根威正比.这样,由于表面淬火齿轮比淬 透齿轮毙承受更大的负荷,在节线处的弯曲 应力起着越来越重要的作用, ? 在表面淬火锕中存在有残余应力,丽 表面上通常是压缩应力,但此压缩应力由渗 碳屠与中心带连接区的拉伸应力所平衡.由 于此残余应力对齿根可见弯曲应力的影响. 可改变平均外加应力,而残余应力对许用交 变应力的影响,可参考Goodm~图加以解 释. ? 表面淬火钢的硬度随着表面下的深度 丽改变.这与残余应力图一起可髓是从齿轮 表面下面开始在齿根部发生裂簋的原因.因 此,要求加强齿根弯曲的检查. 本文详细地南述了上述各点,并且懈释 了英国齿轮新标准BS436第3部分引述的有 关许用应力的概念. 硬化法 渗硪 所有渗碳零部件渗碳的基本特点是通过 再热和淬火使表面富碳层交硬.成为马氏体. 簿火过程由于表面压缩应力被謦碳层和中心 带界面埘近的拉伸应力所平衡还会产生残余 应力.然后回火使马氏体韧化.此时硬度有些 降低,使残余应力适度地分布.典型的硬度和 残余应力分布曲线.如图1所示. 硬化质量,即渗碳硬化表面的许用应力 主要取决于是否严格控橱妒内气氛,以防止; 1.过剩奥氏体滞留{ 2.过剩碳化物沉积i 3.低碳,它会导致形成款质非马氏体转 化产物I 4.寝面局部脱碳. 力(Nlllm=‘| /表面以度 应力 牺黼 置i兵囊硬度和残余癌力分布曲蛾 这些重要因素的某些量度反映在]i~$436 第3部分材料质量因素值Y.和zI’中.对于 B级材料(其技术条件包括气氛),Y=0,9? zI’;0.9.对于质量较差的C级材料, 一一 45, Y_=O.6,一0.8,此种材料的许用负荷减 少33. 量应淬火 感应淬火法是将来自感应器的高频感应 电流遗入齿廓的近寰面区,从而在齿腹,齿根 哑角和齿根处产生急尉而极快的局部加热. 然而,用喷雾器跟踪感应器和将正在淬火的 浸到淬火介质(富油)中的捧火效应,使这些 加热区转变成硬质中碳马氏体.为了适应各 种齿距,产生足够深度的渗碳层是可能的,但 深度的控制不可齄与渗碳表面硬化的精度相 同,因为电流鞭率升高对产生渗碳层深度具 有重要的髟_I,并且不是过程控lII变量.然 而,只要达到最低要求的渗碳层深度,通常就 不需要精确的控1lj.对齿距精确的轮齿需要 较高频率的I努源来维持浅层加热作用和燕免 ‘后回火’或使先前的淬火齿腹软化. 残余应力分布与在渗透层内因存在合适 的压缩应力而使渗碳寰面硬化所形成的基本 相似.平街的拉仲应力仍位于渗碳层和中心 带界面的范围内,但明显地显示出较高的峰 值.实践证明,这个峰值不会引起问题,因为 渗碳层睬度足以满足这个峰值,浚峰值位于 远离齿表面下部的1匠应力区. 和渗碳一样,在淬火之后进行低温回火, 以便形成较强韧的马氏体组织,并且同时减 小拉伸残余应力级.总硬度通常在52/54RC (洛氏硬度值)花围内. 渗氮 渗氨与其他两种表面硬化法在有关淬火 机理的物理治金术方面有着根本的区别.渗 氨不需要硬质马氏体组织的转化.取而代之 的是,使蘸和一定量的台金元素向钢内扩散, 以形成小的氨囊粒.此高渗氨层硬度主要是 应变区与台金氰化物相结合相互作用产生位 话的结果.然而物理治金木呈现出的明显复 杂性,与比较简单,容易控制的过程是不一致 的,这个过程是在比较低温(550?以下)在氢 一 t6一 气,氖气或等离子气体离解的情况下进行的. 产生的表面硬化层深度取决于实际成分 并且可用过程进行时间和在较少程度上用温 度来控制.由于限定的氯扩散速率和氮化速 度,可达到的硬化层深度,不管过程进行的时 闻多长,其最大值在0,025英寸左右.这个值 对齿轮承载能力具有重要影响,对此将在后 面分析. 残余应力的分布形式和由其他方法所获 得的分布形式再一次基本上相似,在硬化层 内也具有比较大的压缩应力.平衡的拉伸应 力引起的峰值比压缩应力的峰值约小一半. 表面硬度主要决定于钢的成分和在较小的程 度上与预先热处理,特别是回火温度有关.舰 船传动系统齿轮是用3c1Mo台金钢 倒造的,其表面硬度一般为850VPH(维氏硬 度值),可转换成6SRc. ‘ 淬火后处理法 ?II吐 渗碳过程不符台要求的副作用之一是有 使零部件尺寸增大和产生变形的趋势.由于 这个原因,很多渗碳齿轮淬火后要再进行磨 削,以达到所要求的精度.磨削以二种不同方 式髟响渗碳层的残余应力状态.机械效应(表 面加工硬化)在表面会产生台适的压缩应力, 而高变形速率引起的热则产生不符合要求的 拉伸应力. 只有十分谨慎地控翩磨剖操作,才可能 使表面增加残余压缩应力,但使用传统的磨 轮在一般的车问地面情况下不可能达到这一 点.在这方面,一般极力指望二种效应能互相 抵清.如果不小心,则很可能会使表面形成残 余拉伸应力.CBN磨轮由于其高导热性,有 可能产生压缩应力,但成本较高. 噎丸处理 一 般来说,喷丸效果由于冷加工会提高 表面硬度,同时,会使表面形成残余压缩应 力,因为表面积增加但仍然与基质连接-然而 就渗碳钢来说前者效应往往较小. 显然.这对许用弯曲应力的影响是有jIl 的.同时.MIRA试验表明,唆丸处理齿腹有 jIl于渗碳齿轮轮齿的耐凹,良性.为说明这种 理纛提出一种理论,使唆丸表面起着一系列 铸油槽的作用,但其准确性尚不{l|楚. 许用应力 囊述 前面已经深入地了解可能影响参碳齿轮 许用应力的因素.参看苗1,图1表示硬度和 爰采应力两者随表面下部深度的变化.也就 是位于或表面下部所有各点的许用应力也是 变化的.因此,有必要对表面,对莱些点或表 面下莱些点做应力状态检查.检查的方法将 在后面讨论,这种方法巳在BS(英国工业标 准)436,第3部分中被采用. 擅?应力 接?应力的应力循环 应力循环是当载薷移到硬墙时在齿腹的 某点出现的,它由He.rtztan压缩应力和弯曲 控伸应力组成.这正如Mudd早巳指出的和 Young所谈到的郅样,应力范国明显地扩大 丁. 对于表面硬化材料来说.由于表面上和 表面下不同的残余应力的增加,会使这种情 况更为复杂.因此.这三种应力(HW.ztan应 力,弯曲应力和残采应力)总的效应必须与材 料的抗疲劳性相比较t材料的抗疲劳性也随 着距表面的距离而变化.因为硬度随表面淬 火轮齿的深度而变化. 计算机程序(rz)巳写在DBGI中t可 用来充分分析这些情况.由圈盘试验得到的 材料赫兹许用应力和由Wci~r或sche吐试 验得到的弯曲许用应力与HTZ一起?可用作 评价齿轮轮齿许用接越应力ore=.计算机程 序适用于分析范圈较广的齿轮,以便绘制可 田2分析中使用的o?血_n应力 S衰面爱虞l1.vI 田3寰面失娃藿论值与糖盘试t培果的比较 供任何材料和任何几何形状用的通用曲线. 轮盘的分析 轮盘分析同轮齿分析相比t比较f膏单.它 只涉及墓兹应力和随材料深度变化的残余应 力.轮盘试验的结论也更便于使同的Goodman 图.每个据的耐久比(疲劳极限/破裂强 度)也改变了. 一盘试验结果(oJr/.4)0 霉??层撵崖和一事耐?盘试奠绪暴和髟响 业已查明,与实t结果最佳配合的判据 是一个正应力据,其萱}久比为0.5.这种判 据的Goodman图,如图2所示. 烩制材辩硬度与轮盘试验结果的关系曲 线(图3)时发现,渗碳和渗氰轮盘在高硬度 值区膏教得相当大.在表面失效的理论线以 下的结果,由于?氰过程的限嗣,硬化层深度 比较薄,这点是值褥注意的. 因此决定,将轮盘试验结果与无因次参 敢专囊进行比较(见图d),从rz程 孛得到的理论结果也烩爿在此图上. 一 48一 就图3和图4而盲,每个图的水平段是 基于下列假设最后拉伸强度在约650Hv下 达最大值2130MN/m.在图4中渗碳轮盘试 验结果[在这条线上的一个轮盘试验结果(回 火疆度超过250”C的材料En36除外)]在水 平线以上为好. 可以充分地证明,对于高于650Hv硬 度,曲线的倾斜段可延伸到较高的水平(例 如.2350MN/m.),或者使斜线减步斜率而延 长. 另外,在图4中大量试验结果(各点)是 在曲线之上相当远的部位.特别是硬度较高 的渗氯轮盘尤甚. 这再一次提示,UTS(板眼拉伸强度)虽 然处于减少速率下,但应随着高于6$0Hv硬 度而增加. 鉴于所研究的敷据量比较少.尚未慎重 地考虑改变长期的实践经验. ?盘与齿轮之间的相互美系 假定一个轮齿仅在节线处受到强度为 w的负荷作用,赫兹应力为: 0?K1 或w=(2) 式中,Kt——常敷. 现在再假定作用在齿顶墙的负蓿置度相 同,劐在节线处的弯曲应力为: ;— KzV4hs(3) 式中,Kt——常敷’ b:——齿顶高, t——节线处的厚度. 但是,h和t都是与法向模敷m.成正比, 这样 = ? 将方程(2)代入(d)式得t =(5) 对给定的材料条件,口n是个常数,因此 弯曲应力与A/她比值成正比.当弯曲应力 增加时,应力区增大,而极限赫兹应力减 小.这样,随着phd/ml比值的增加,oI一值必 然减小. 若将o?一定义为t 口?m.一Zo0船(6) 剐zo(圆盘/齿轮相关系数)必然随参数 /m-而减小. 弯曲应力递增的作用也可以从Good/flaP 图l0进一步分析看出.在附录I中给出了这 项分析. 齿轮分析 在决定失效判据时应尽量符合暇盘试验 结果,其次,HTZ程序可用于分析各种不同 直径和模数的齿轮轮齿. 在计算在失效点的赫兹应力时,即使硬 度相同的渗嗣I}材辩,也会出现试验点离散度 相当大的情况. 然而,对某一特定硬度的材料,绘制试验 结果参数phd/嘶的荚系曲线,则会得到更明 了的曲线.一系列硬度的试验结果,如图5所 示. 业已壹明,对于渗嗣I}层比较厚的淬透钢, 在失效负荷下的接触应力(赫兹应力)是完全 相关的,此时将其表示为以前计算的圆盘应 力和与无因次参数——相对曲率与法向模数 之比有荚的因素之积,即 omm~o,oZo 式中,口m——暇盘试验结果I zo——上面导出的暇盘/齿轮的相关系 数(见图5). 小齿轮试验的结果表明,小齿轮在大齿 轮之前失效.对这种影响可引入下列经验系 数l zol一(1.02—0.0)zo,(7a) z.=0.9z62(7b) (7a),(7b)的z.都是比较大的,式中 z.一小齿轮的圆盘/齿轮的相关系 敷I r一大齿轮的圆盘/齿轮的相关系 数. zo,zo,可由图5取得. 至于小齿轮于大齿轮之前失效的这种趋 势t其原因尚不完全清楚I但可能是.由于与 大齿轮的负齿顶高修正相比较,小齿轮常常 作正齿顶高修正的缘故.这与大齿轮相比,会 -一l,一n’ 圈5z口l值 表面下探度/毒馥层探庄 圈6表面下的实际应力和许甩应力曲境圈 薄渗瑗层深度的影响 但是,对于薄的渗嗣I}层,正如图4圆盘试 验结果所预辩的郭样,上述荚系不能应用.不 过,业已注意到,对一个经过表面硬化处理的 一 曲一 材料,应力随着渗碳层深度的增加达到某一 点后,有效参碳层深度继续加厚,不会引起失 效应力的增加.这个渗碳层深度则称为极限 渗碳层深度. 田盘枉限渗碳层潭度 对圆盘而言,极眼渗碳层深度很明显是 曲率半径的函数,根据甜录I推导的方程,圜 盘失效应力为 a,?;aa_-0I(8) 在图6中,已绘出方程(8)得到的许用应 力,并对各种不同的半接触竟带B的表面失 效应力,与表面下实际应力进行了比较. 由图6可见,当B/渗碳层深度=0.9时, 失效不是发生在表面(x点),就是发生在表 面下(Y点).如果B/参碳屡深度低于0.9,则 失效发生在表面下的Y点. 根据经典的赫兹理论,对泊橙比一0.3 得到 B=I.52(0) 和:0.418(10), 啊 这样,:1.52(11) 和2150;0.4l8—W20 _ 6000(12) 因此w”.=107886(渗碳层深度)’(13) 和二=128.43(1d) 由方程(13)和(1)联立解得 麴;0. 035(15) 这个结论由图4得到确认. 齿轮枉限津碳层潭度 但是,当研究齿轮时,由于弯曲应力的影 响使分析变得复杂化.当弯曲应力按比恻增 加时,图6中x点和Y点朝向原点移动,但 移动距离不同.弯曲应力在表面最大,在自然 轱处尉藏为零.这样,点x移动得比点Y快, 并且在B/渗碳层深度值处失效从表面到表 一 50一 面下的变化,随弯曲应力的增加,即对已给定 的半径.随着模数的遵减而变小.因为决定于 曲率半径和渗碳层深度/”-比的半宽带B不 再是常数,而随模数改变.由于夸曲应力和赫 兹应力的相互作用.f起a.一变化,从而f起 作用负荷和半宽带变化,这个问题没有经典 的解. 但是,HTZ程序的结果(解这个问题用 造代法)提示,极限渗碳层深度实际上可以认 为是与模数成正比.它I瞳相对半径的变化往 往是非常小的,特别是对比值较大(大于4) 的/m.更是如此,而且对于/池值)7 时,可以忽略不计.对于较小的比值/池, 这种趋势是使半径具有增值效应.这也许是 因为失效与轮盘相似的缘故(如附录I图 10AB线上出现的情况).然而这是当/池 <2时发生的,这种变化可以忽略不计,因为 在这个范匿内齿轮齿敦很少.过大的渗碳层 簿度可以认为是在过渡切削处的一种保证, 并可以指望对齿顶高进行大量修正. 根据HTZ和直觉知识,对给定几何形状 的齿轮,其极限渗碳层深度值随着在材料表 面和表面下因热处理而形成的残余应力和硬 度分布曲线而改变.在分析中使用的残余应 力和硬度,如图1所示. 利用这些残余应力和硬度梯度变化曲 线,极限参碳层深度的数值为 碳——0.16倍硬化系数 参氮——0.16倍硬化系数 意应淬火——0.32信硬化系数 在承认上述前提下进一步研究试验结果 表明,许用应力随渗碳层深度的减小少于随 极限渗碳层深度的减小,这些减小值可绘制 成与实际渗碳层深度/极限碳层深度的直 线关系.这一关系对于所研究的三种表面淬 火法大体上是相同的.’ 所有试验结果现在可以用轮盘应力和二 个系数的乘积来表示: a,=??函(16)比较. 式中,——渗碳层深度系数,且 = 8(17) 齿轮试验 这项研究现在处于下列阶段:程序对于 圆盘已经得到验证,面齿轮理论应力在理论 上可以表示为已经靛证明的圜盘应力和两个 系数z口与的乘积,但到目翦为止还没有 得到证明. 墨 掣 艇 求 ll皂 林 10 顶测失效值lG,l 霉t宴际失熬僵与珂?失簸值的比挂 为了准备AVGRA和NAVGRA实验证 据报告,进行了齿轮全负荷试验.使甩齿轮试 验与理论结果相比较时,其主要困难在于估 计负荷和应力的謦芷悃素:负荷分布I动力效 应I表面粗糙度I速度和速度效应.从根本上 说,甩于评定这些效应的基本因素糸甩于 ISO和~$436筹3部分的一样.试验所甩的 参考资料,失效细节和因素列在附录I表格 内. 对轮盘和齿轮的所有试验结果也可与图 7中对应的三个曲线(嘶.和)的结果相 小蛄 前面已经提出一种计算齿轮极限接触应 力的方法,它反映出投限接触应力随下列因 素变化: 1.钢的硬度和残余应力分布曲线, 2.相对曲率半径I 3.淬火钢的渗碳屡深度. 如果可提供更多的数据,上述这些渗碳 层深度效应.中心带硬度和残余应力分布曲 线值得重新检查. 弯曲应力 弯曲应力的应力循环 早已确认,取决于平均应力及其范围的 弹性材料能够经受住应力的作甩.这个关系 已甩6?dmaIl图的形式表示(见图2). 利甩这个关系曲线,可以分析许多影响 齿轮抗弯强度的性能I可以证明.后者对齿轮 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 师是十分重要的. 对于处于全反向弯曲的零件,空转齿轮 上的轮齿或一段回转粱一样,其平均应力为 零,许甩交变力(aPo)在A点(图2). 对于仅在同一方向传递转矩的齿轮轮 齿,平均应力等于交变应力,作甩应力的轨迹 是OB,而觉察的许甩弯曲应力o,是BC的1 倍(如图2所示,还有由拉伸届伏点或压缩投 限应力引起的另外的限制). ot=o值通常是通过试验抛光无切口回转 粱的疲劳耐久比建立的}失效循环次数,表面 情况和尺寸效应对其数值均有影响.这些因 素可以分别由影响系数Yw,YI和Yx来估 计,因而对于谇透钢的广义方程为 a一= 署?, 从图2的关系雎线得出的主要结论是残 余应力的影响. 如果把残余应力推广割承受应力循环的 一 5l一 粱,平均应力级则会改变.如果残余应力是正 或为拉伸应力,则由n图可见.作甩 应力的轨迹是Bf,且orP减,j,I如果残余应 力是负或为压缩应力,则作用应力的轨迹是 OB,且o增大.虽然DP6336的第3部分 参考了这点,但对效应没有予以定量.应用基 本的近似法,可以将方程(18)修改为下列给 定的许用应力哳 = 篙? 这一效应是众所属知的,同时,滚压或喷 丸处理都会在辜近表面引起残余压缩应力, 这已用来作为提高抗夸强度的方法. 表面下失效 如果渗碳屡太薄则表面下材料可能受到 较高的应力级作用,它在表面应力变为极限 值之前足以发生失效.方程(19)中的叮|可以 用代替t口l可用a丑_一代替,因而该方程 可用于评价在中心带的铆.由于材料在渗硪 层/中心带接合处已淬透,可以假设疲劳耐久 应力0rI,O为0.5al,为此,可以简化后得出: (20) 这样,此许用应力可以与在洛碳层/中心 带接合处的实际应力进行比较,实际应力是 从齿根圆启表面处应力ol,导出的. 如果0—>口—,则表示表面下已失效. 根据试验评价ol,o 述 从1970年左右开始,D~v/dBrown,英国 皇家海军和Vickers齿轮研究协会 (NAVGP..A)为确定袭面淬火材料的ol,o值进 行了一系列试验,并测定了伴生的残余应力 oI.由于这些基本值已得到确认,有可能利用 上述基本方程对于任一情况计算许用应力 晰.这一节讨论如何评价oF,,下一节则讨论 如何评价oR.然后将提供评价oFo的一系列试 验的结果. 一 52一 材料耐久比的许甩值可以通过试验决 定,这可以由运行中的齿轮,用切口试样(或 许是齿轮)述行脉动试验或者通过回转椠试 验来决定. 评价任何弯曲试验通过下列三个基本的 步骤进行. 1.估计作用在试样上的负荷.就齿轮而 论,它受负荷分布(齿形精度,齿距精度对准 精度和弹性挠度)和动力技应的影响. 2.根据负荷大小,负荷作用点,集的几何 形状以及应力集中教应计算失教处应力圾. 3.修正各种不同的影响——运行周期, 表面组织,尺寸,材料性质,渗透层深度或j聱 余应力的结果. 试验结果的可信帧程度取决于用来评价 上述因素中每一个影响的计算过程的精度. 由于每一个因素均有某些误差,必须考虑到 较多的因素具有较大的误差.如果采用ISO 程序t负荷评定的准确性剐取决于在标准中 决定负荷评定的影响因素的精度.例如,如果 过程的负荷分布系数低于20,所容许的材 料则按低于20来评定.系数中的每一个误 差合成后则增大材料性能的误差. 齿轮试验 当试验的齿轮是表面淬火时,可采用同 样的方法,但有两点不同.第一,残余压缩应 力与渗碳层/中心带交接处相应的拉伸残余 应力一起,在表层形成.第二,随着袭面硬度 增加,耐久比(o~/o一)减少. 在分析试验结论时,这两个不同点会引 起一些困难.例如,渗碳层深度可根据工序或 设计师意愿接比例改变齿厚.再如,尽管表面 硬度可能相同,但中心带硬度可以改变.如前 所述,有些可以}l起失效的极限值,它与其说 发生在袭面,不如说发生在表面下.这一效应 会给人们对基本材料性质产生一种错误概 念. 残余应力是可能产生误差的另一个原 因.评价材料性质的试验必须考虑到这些影 响.因此,计算程序应包括这些影响因素.ISO 6336在这方面有不足之处,所以用这个程序 得到的基本材料性质会与根据精确的程序得 到的不同}显然.这个程序有误. 脉动试验 选择齿轮作为试验试样,是利用脉动器. 由于脒动机可在l,2花圈内予以校正.取 消了一些不确定载荷的调定.应力级是以更 高的精度调定的,因为负荷作用点耗够控嗣, 而且不易发生齿型,齿距或对准精度难以预 调的变化.应力集中系敷值通常是用有限元 分布确定的.或者如果试样是一十齿轮轮齿, 则或许采用ISO方法来确定. 在这方面,在后述的Schcnck试样或静 止齿轮轮齿之阿,似乎无须选择.后者具有成 本低的优点,因为一个齿轮可供多个试样用. 回转莱试验 这种试验误差可以降至最小.作用负荷 和应力级具有较高的量信度,而且对淬透或 正火材}唪,这必定是获得材料性能的最简单 和最有效的方法. 当回转粜试验是用于表面淬火材料时, 有一个由残余应力分布引起的问题. 这点只要使圆转粲试样表面渗碳.就可 以解决.这种集的优点是均质,无残余应力. 因此,这种试验结果可以直接取为a的值, 不需要计算修正. 残余应力试验 表面淬火零件的残余应力级通常是由下 列两种主要方法之一来调定的:(a)用实验方 法消除内应力并调量由此导致的应变I(b)用 x射线衍射方法.关于齿轮轮齿残余应力的 调量,NAVGRA组织于1976年巳做过研究, 它建议采用X射线衍射法并利用化学加工法 清理受控髓表层. 渗硪齿轮 选择这种方法来研究从同一试样铣成的 三种不同节距.根切轮齿,以模拟剃前蒗刀, 并在渗碳和淬火后将齿根面磨光. 这些结果表明,在紧靠近表面处伴随接 近表面的奥氏体百分救的减小而出现较高的 应力级.这无需采用挠曲调量法来揭示.但 是分析这三种受检齿距证实.应力分布大体 上是相似的.磨光齿根面上的残余应力比未 磨光齿根的少.显然,变化量的大小是受齿距 的影响,因而这可能与研磨过程表面发热程 度有关. 后来,由英国钢铁协会用同样的方法为 DavidBrown对三种渗硪和淬火齿轮进行了 调量,每种齿轮的加工用不同表面处理法 I.蒗铣,剃齿和渗碳{ 2.蒗铣,渗碳和研磨{ 3.渡铣,渗碳,研磨和喷丸处理. 这些调量仅限于表面,其结果如表I所 示. 衰I残余应力一渗碳试验齿轮 \拽采应力拽采应力(/口’0)盯.-,(MN/口’’)哪-崩齿齿捌面一265—33O 研磨倒面26—2|2 喷丸处理面一77I一825 研磨齿根+2I47 尽管压缩残余应力比以前试验调得的峰 值小,但这些结果表明,应力分布一般是相似 的.未磨光的表面具有压缩残余应力,随后用 研磨法进行修正,使o-正好等于拉仲应 力.磨光齿的根部比齿瘦具有更大的拉伸应 力,虽然对此还不耗完全理解,但这可能是因 为在根部范围内比在齿瘦面处有较大的磨削 进给量而引起的. 对表面淬火的不同齿瘦面和直径Im磨 光齿轮轮齿的测量表明.其应力分布是相似 的.对运转后驱动齿瘦面和不用齿唆面进行 一 53— 了测量.所取得的数值还表明,对齿腹面进行 研磨可减少靠近表面的压绾残余应力.但在 靠近驱动齿腹面的表面却测得较高的负值. Opo的测定 参硪和淬火试样是由NAVGRA几年前 在Schenck金属疲劳试验机上测定的.这些 测定的某些结果汇总在表I中.从表I可知, om是可以计算的.通过转化方程(19)得到: oeo西oeeo’~(21) 应当注意,O’po值是对高质量材料所需的.对 此试样性质考虑了叫做Yw的系数.在这些 试验中使用的试样都是表面淬火的优质商韭 用锕. 使用的Ys值是用有限元分析法导出的. 使用二种不同型式试样,因而表I中给出的 是二个YI值. 对于这些试验,YN=1.0,Yx;0.84, Yt=0.94,Y_=0.9和Y=1.0. 这些结果表明,耐久比在0.25,0.29之 闯.它取决于在分析时所做的很设的准确性. 看来它比下面也是由NAVGRA对渗碳材料 进行的二次试验实例低. 回转粱试验 DavidBrown使用匀质回转粱试样进行 了一系列试验.该试样是由相当于含有不同 碳的渗碳材料655M13制造的使用8组试 样,每组具有l5个试片. 试验结果是个变量,耐久比在0.3,0.44 范酎之问.这与脉动试验相比,耐久比是相当 高的.寿命曲线的有限寿命部分不太好确定. 但可辨识的”特性曲线弯曲处位于3×1O和 4×10之问,大多数蜂值是在这个范围内. Avery脉动试验 试验原来的目的是对两组切El试样结果 进行比较.其中一组试样是甩高质商业钢机 械加工的切口,另一组是热加工切口.热加工 切El被修正得和机器切El同样大的尺寸. 两组的所有试样都进行了热处理,得到 实际渗碳层深度1.8,2.0rnm,表面硬度 695VPN.脚分别为679和6d4删/m,耐久 比各为0.32和0.31.有趣的是,它和锻造切 El相比,几乎没有什么明显的优点. 齿轮轮齿脉动试验 为了进一步比较,对5turn模数渗碳磨光 试验齿轮进行了一系列脉动试验.在每次试 验中,用夹在上下夹头中的测钻,来加载两个 轮齿(】4个齿分隔进行).试验台用测力传感 器法静态校准,传感嚣船出与试验机内的连 续读数相比较.这样,完成了高循环和低循环 疫劳试验. 在总共26个在各种不同负荷作用下试 验的齿轮轮齿,有23个损坏.疲劳耐久极限 是l180MN/m假定叮I=一400MN/m.Y = 0.9,Yo=1.03,Yt=0.9,Yx=1.0,脚.的计 算值为795M2q/m,得到的耐久比为0.37. 表I使用Schenck渗碳试 72/24/2J265SMJ3蕾暖2.O37032130—4O057l1.4800563 72,7/ll2655M】3参碳1.687372130一{006】91.486762O ?3/7/2j2655M13参碳1.737222l30——9007641.41070643 75/4/28655MI3蕾硪I.2”5707I72IS0——4006d5I.190365l 54—— 表面硬度(HVI, 圈e奇曲应力设计值和宴验结果 通用许用值 上述结果示于图8.由圈8中得到下刊 几个值得注意的论点. 1.有大量离散点,这在疲劳试验中是正 常的,但离散点似乎是特剐分散. 2.常常有这种可能性.就是结果的可变 性,这种可变性与其说可能是基本材料引起 的,倒不如说是所采用的试验过程引起的.巳 知的疲劳值由于残余奥氏体,晶问氧化和脱 碳的百分数高而受到不利的影响.所有这些 结果都是由于津火过程的控制不良造成的. 3.由于这个原因,设计曲线必须低于平 均曲线.BS486第3部分的设计曲线,如图8 中所示. 尽管受到Schenck结果的影响很大,但 疲劳耐久极限对于高于700Hv是一个常壹i=. 如果这些因索不予考虑,om与VPN一起不 断地增加,这可能是未来研究的一个重要课 题. 结论 本文对BS436第3部分的许用应力的前 提做了说明.它特别证实了下列几个同题: 1.在节线处弯曲是怎样与接触应力结合 来扩大节线处作用应力范固的{ 2.表面淬火法是如何形成残余应力的以 及淬火后处理法是如何恪正影响接触应力和 弯曲应力的. 3.相对曲率半径和齿轮模数是如何影响 接触应力的I 本文还概括了用于测量许用应力的各种 方法.并且褥出下列结论.使用几何形状简单 的试样进行试验,优于使用齿轮进行试验. 附录I 节线处弯曲应力的分斩 假定在轮齿标准直径处的应力循环.犹 如负荷沿齿腹向上移动到顶端一样[见图9 (a和b)-I. 圈9负荷作用在齿节线处(a)和在齿端处(b) 当负荷位于所研究的点时.赫兹虚力为 0m:— 189,— 7W(21) ?嘲 或w=器(22) 当负荷移动到顶端时,平行于齿轴的弯 曲应力为 ..=) 这样,平行于交变应力I 叮-——弯曲应力I —— 赫兹应力} %——平均应力} 口l——残余应力} 寰?DBOI试验结暴 U1SfMN,m宴际?囊失效帮件材#f用的报告 tHv层探虚(ram)(MN/m’) 轮盘E-772895X/R26E 轮盘En86495H/R拍O 曩轮EnB710B67X/R/.260 艳盘En9772695H,R/26H 轮盘En9772803H,R,2eJ 艳盘En9772672H/R/26K 轮盘En25933951X/R,2? 轮计算程序详尽地评价了应力状态, 但是为了用实例说明方程的形成,假定一个 u=