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齿轮弯曲疲劳强度影响因素分析及试验研究

樊毅啬  
【摘要】:齿轮传动机构是机械传动中应用最广泛的传动机构,它具有功率范围大、传动比准确、传动效率高、使用寿命长、工作安全等优点,所以在汽车、轮船、航空、风电等领域都有广泛的应用。它的承载能力好坏直接影响整个传动系统的正常工作,随着科学技术的进步和工业生产的迅速发展,对齿轮传动装置的承载能力提出了更高的要求,因此提高齿轮承载能力的研究越来越受到人们的重视。其中齿轮的弯曲疲劳强度是评价齿轮承载能力的一个重要指标,也是齿轮设计的基础数据,所以有必要对齿轮弯曲疲劳强度的影响因素作以研究,以达到提高齿轮弯曲疲劳强度的目的,进而提高齿轮的承载能力。本文的研究包括以下几个方面: ①针对原有方案下齿轮轮齿经常断裂的缺点,结合影响齿轮弯曲疲劳强度的因素,提出了两种新的方案,并对两种新方案提高齿轮弯曲疲劳强度的可行性进行了理论分析。 ②基于残余应力检测的原理,选定X射线固定法为本次试验喷丸强化前后齿轮齿根残余应力的检测方法,对比分析喷丸强化前后齿轮齿根残余应力的结果,得到了喷丸强化可以提高齿轮齿根残余压应力的可靠性数据。 ③随机抽取三种方案下的齿轮试样,在Zwick功率流开放式试验台下分别采用成组法和升降法进行了齿轮弯曲疲劳试验,并对疲劳寿命数据的子样大小进行了讨论。 ④运用概率及数理统计原理对试验所得疲劳寿命进行数据处理,并按照对数正态分布、二参数威布尔以及三参数威布尔分布对定应力下的齿轮弯曲疲劳寿命进行拟合,并对拟合度进行检验。最后再结合不同应力水平下的疲劳寿命数据,拟合出三种方案下齿轮组的疲劳性能曲线,从而最终得到提高齿轮弯曲疲劳强度的最佳方案。 ⑤针对两种新方案中对齿轮弯曲疲劳强度影响最大的喷丸工艺,基于有限元对其进行模拟,验证了本次试验喷丸强化能够提高齿根残余应力。


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