考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

摘要：

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法.构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场.考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场.基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型.计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律.结果发现:复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20％;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10％,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂.上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值.

关键词：螺旋锥齿轮、复合应力场、裂纹萌生、裂纹扩展、接触疲劳寿命

所属期刊栏目：58

分类号：TG156(金属学与热处理)

资助基金：国家自然科学基金;直升机传动技术重点实验室基金资助项目

在线出版日期：2023-03-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：28-38