准高速机车牵引齿轮弯曲疲劳强度的试验研究(20CrNiMo,15CrNi6,20CrMnMo)

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/第 4期大连铁道学院学报Vol 1 6 N0 4 D e c 1 9 95

第1 6卷

1 9 9 5年 1 2月

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准高速机车牵引齿轮弯曲疲劳强度的试验研究半戴雅康任瑞铭一李国柱

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循环基数 No=3×1 0‘及 R=0 . 9 9时的弯曲疲劳强度极限

.

1齿轮试件的设计与/ j u ' r"l _ 1齿轮试件的几何参数

根据准高速机车牵引齿轮的优化设计结果】,主动齿轮的几何参数为：模数 m=1 2

齿数 z=2 7,压力角=2 2 . 5。,齿顶高系数^:=1 .变位系数z;0 . 3 8 9 3,宽度 B=1 1 0 mr l 1 .由于疲劳试验时受到高频疲劳试验机工作空间与加载能力的限制，必须减小试验齿轮的尺寸 .收倍日期：1 9 9 5一∞一2 4

铁道部科技发展计划项目. 戴雅康，男 .1 9 3 4华生 .副教授；大连，大连铁道学院材料科学与工程系，1 1 6 0 2 8

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第 4期

戴雅康等：堆高速机车牵引齿艳弯曲疲劳强度的试验研究

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为了保证齿轮试件的齿根应力与工作齿轮的相似，只将其模数 m由 1 2减小至 6、宽度B由 1 1 0i n i n减小至 1 0mm,其它参数不变 .齿轮试件的形状及尺寸如图 1所示，1 . 2齿轮用钢的化学成分，常规力学性能及热处理工艺 1 . 2 . 1试验用钢化学成分及常规力学性能试验用钢的化学成分分析结果及渗碳淬火处理后心部的常规力学性能列于表 l。图 1齿轮试件的形状及尺寸

表 1齿轮用钢的化学成分及常规力学性能

1 . 2 . 2齿轮试件的加工工序及渗碳淬火工艺 1 )加工工艺路线锻造一正火一高温回火一粗车外圆及端面一精车外圆一滚齿一渗碳一回火一淬火一低温回火一喷砂一磨端面、外圆和内孔一检铡部分 1 5 Cr Ni 6齿

轮试件在磨削加工后进行了喷丸强化处理高温

2 )渗碳淬火工艺及性能 (见表 2)表 2齿轮试件渗碳淬火工艺及性能齿轮用钢渗碳工艺高温回火痒火低韫回火表面硬度， HR C心部硬度/ HR C有教硬化潦度/ m m

2 0 Cr M t t M o 9 3 0± l 0℃

7 0 0℃

8 20℃

20 0℃

强渗 8 h《 I l】%) 扩数 2 h ( o 9%)拎待到 8 8 0℃油痒

2 h 1次

盐聿薛加热油淬

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第1 6卷

2试验机和试验夹具采用 P LG一 1 0 0k N高频疲劳试验机进行脉动加载试验 .加载频率范围为 8 o~2 5 0 Hz 试验夹具的结构、形状及几何尺寸如图 2 所示 .在安装时通过调整各零件的相对位置， 保证载荷旄加在轮齿接近齿顶的齿面上，并使载荷作用线与齿轮试件的基圆相切 .

3试验方法3 ' 1应力水平的确定一

般取 4级应力水平进行试验 .每级应力

水平至少测定 5个轮齿的弯曲疲劳寿命 (不包括越出点 ) .以齿根出现可见裂纹或轮齿折断

作为失效判据 .应力水平的选择应使最高应力水平的各试验点的弯曲疲劳寿命大于 0 . 5×1 0; 最低应力水平的各试验点至少有一个越出点

1 .齿轮支架； 2 .齿轮轴； 3上压头，4 .支承座； 5 .配重； 6 .试骚机工作白

图2齿轮试件夹具的结构、形状及几何尺寸

(即 N>3 x1 0轮齿不失效 ) .同一应力水平下的各试验点的寿命，应分别在不同齿轮试件上试验测定 . 通过探索性试验 .各种齿轮试验时的应力水平列于表 3表 3各种齿轮试强的应力水平 (应力比r=0 . 0 5 )应力永平应

, J k N ,√ k N2 0 C YN i 2M O 1 3 Cr Ni 6

3 5 3 4拍 3 2 3 t 3 0 2 9 2 g 2 7 2 6 2 3 2 4 2 3 2 2 I 8 I 7 1 . 7 1 6 1 6 1 . 5 I 5 1 . 4 I 4 1 3 1 _ 3 1 2 I 2 l l 1I

I Ⅱ ⅢⅡ I V Ⅲ I v

力等

1 3 Cr Ni 6 (喷九 )20 Cr M nM o

I

Ⅱ

T i T

I V

级

3 . 2加载齿与失效齿的间隔根据文献【 3】的研究，认为加载齿的弯曲应力对未加载齿的影响范围不到一个齿的齿宽 .因此，加载齿与失效齿的间隔以一个齿为宜 . 3 _ 3齿根弯曲应力的计算及修正采用 3 O。切线法确定应力计算截面，编制微机程序计算出齿根弯曲应力为：

;=O . 0 2 7 8 4,一式中，F。为作用于齿顶的最大载荷 ( N) .

( 1 )

轮齿脉动加载试验时，为了避免零载荷造成试验系统的冲击、噪声和试件、夹具的不稳定，必须在试验时保持一定的最小载荷 F一 .因此 .应力循环特性系数 r≠O一般取

r=F一

=O . 0 5 .而实际齿根应力应为，=O时的脉动循环应力，因此，应将齿根应力 d;

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戴雅康等：准高速机车幸】齿靶弯凿疲劳强度的试骚研究

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修正为， 0时的脉动循环应力，根据 GB/ T1 4 2 3 0—9 3其修正公式为：:,

1一r (旦

毕)

( 2 )

式中.吁为断裂应力 .可近似认为 r= +3 5 0 MP a ( 为齿轮试件的抗拉强度 .以实测值为准)

从表 1所列 3种齿轮试件心部的抗拉强度，按式 ( 2 )修正后的齿根弯曲应力 o - e为：2 0 ( 2 r Ni 2 M。 =

I 5 Cr N- 6

1 8 8 6 1 0 .×。” F—

( 3 )…

一

2 O Cr M n M o

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竺

1—7 . 4 4× 1 O一 F

4试验数据的统计处理疲劳性能的试验数据具有很大的分散性，必须采用数理统计方法来处理… .兹以 2 0 Cr Mn M o钢渗碳淬火齿轮试件为 …… 此处隐藏：7008字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……