第２７ 卷第４ 期２０ １１年８ 月机械设计与研究Ｍ ａ ｃ ｈ ｉｎ ｅＤ ｅ ｓｉｇ ｎａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓｅ ａ ｒ ｃ ｈＶ ０ １． ２７ Ｎ ｏ ． ４Ａ ｕ ｇ ． ， ２０ １１文章编号： １０ ０ ６－ ２３４ ３（ ２０ １１）０ ４ ４ ）７ ７ － ０ ３４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ 钢渗碳淬火齿轮弯曲疲劳极 限快赵富强。 王铁（ 太原理工大学齿轮研究所， 太原０ ３０ ０ ２４ ， Ｅ － ｍ ａ ｉｌ： ｚ ｆ ｑ ５５５＠ ｓｏ ｈ ｕ ． ｃｏ ｍ ）速测定摘要： 针对４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ 钢生产新齿轮的需要， 进行了齿轮弯曲疲劳强度试验。 在对该材料进行化学成分分析争硬度检测后， 提出基于Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ方法进行双齿脉动加栽试验。 根据试验所得数据， 按统计学原理， 拟合出Ｓ—Ｎ 曲线， 并获得置信度为９ ５％、 可靠度为９ ５％的弯曲疲劳极限应力值。 为该材料齿轮的弯曲疲劳可靠性设计、 有限寿命设计提供了真实的试验依据。关键词： 齿轮； ４ ２Ｃ ｒＭ ｏ ； Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ方法； 双齿脉动加载试验； 弯曲疲劳特性中图分类号： Ｔ Ｈ ｌ３２文献标识码： ＡＲ ａ ｐ ｉｄＡ ｓｓａ ｙＡ ｎ ａ ｌｙ ｓｉｓｏ ｆＢ ｅ ｎ ｄ ｉｎ ｇＬ ｏ ａ ｄＣ ａ ｐ ａ ｃ ｉｔｙＬ ｉｍ ｉｔ ｏ ｎ４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏＣ ａ ｒ ｂ ｕ ｒ ｉｚ ｅ ｄ ． ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｄＧ ｅ ａ ｒＺ Ｈ Ａ ＯＦ ｕ ． ｑ ｉａ ｎ ｇ ． Ｗ Ａ Ｎ ＧＴ ｉｅ（ Ｇ ｅａ ｒＲ ｅ ｓｅ ａ ｒ ｃ ｈＩｎ ｓｔｉｔｕ ｔｅ， Ｔ ａ ｉｙ ｕ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉｖ ｅｒ ｓｉｔｙｏ ｆＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌｏ ｇ ｙ ， Ｔ ａ ｉｙ ｕ ａ ｎ０３００２４， Ｃ ｈ ｉｎ ａ ）Ａ ｂ ｓｔｒ ａ ｃ ｔ： Ｉｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔｏ ｄ ｅ ｃ ｉｄ ｅ ｗ ｈ ｅ ｔｈ ｅ ｒ ４ ２ Ｃ ｒ Ｍ ｏ ｓｔｅｅｌ ｃ ｏ ｕ ｌｄ ｂ ｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａ ｓｇ ｅ ａ ｒ － ｍ ａ ｔｅ ｒ ｉａ ｌ， ｔｅ ｓｔｓｏ ｎ ｔｈ ｅｂ ｅ ｎ ｄ ｉｎ ｇｆ ａ ｔｉｇ ｕ ｅ ８ｔｍ ｒＩｇ ｔｌＩｏ ｆｇ ｅ ａ ｒ ｓａ ｒ ｅａ ｎ ａ ｌｙ ｚｅｄ ． Ａ ｆ ｔｅｒ ｔａ ｋ ｉｎ ｇｃ ｈ ｅ ｍ ｉｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓｉｔｉｏ ｎ ａ ｎ ａ ｌｙ ｓｉｓａ ｎ ｄ ｈ ａ ｒ ｄ ｎ ｅ ｓｓ ｔｅｓｔ ｏ ｆ４ ２ Ｃ ｒ Ｍ ｏｓｔｅｅｌ，ｔｈ ｅｐ ｕ ｌｓａ ｔｉｎ ｇ ｌｏ ａ ｄ ｉｎ ｇｔｅｓｔ ｂ ａ ｓｅ ｄ ｏ ｎ ｔｈ ｅ １． ｏ ｃａ ｔｉ ｍ ｅ ｔｈ ｏ ｄｉｓｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓｅ ｄ ． Ｔ ｈ ｅ ｎｉｎ ｔｅ ｒ ｍ ｓ ｏ ｆ ｔｈ ｅｐ ｒ ｉｎ ｃｉｐ ｌｅｏ ｆｓｔａ ｔｉｓｔｉｃｓ， ａｆｉｔｔｅｄＮ —Ｓ ｃ ｕ ｒ ｖ ｅ ｉｓ ｏ ｂ ｔａ ｉｎ ｅ ｄｂ ｙ ｐ ｒｏ ｃｅｓｓｉｎ ｇｔｈ ｅ ｄ ａ ｔａｇ ａ ｉｎ ｅｄｆ ｒ ｏ ｍ ｔｈ ｅ ｔｅｓｔ ａ ｎ ｄｔｈ ｅｂｅｎ ｄ ｉｎ ｇ ｆ ａ ｔｉｇ ｕ ｅｌｉｍ ｉｔ ｉ８ ａ ｃｈ ｉｅｖ ｅｄ ｗ ｉｔｈ ａ ９ ５％ｏ ｆｂｅｔｈ ｃ ｏ ｎ ｆ ｉｄ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄｒ ｅｌｉａ ｂ ｉｌｉｔｙ ． Ｔ ｈ ｅｙ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉｄ ｅｔｈ ｅｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉｍ ｅ ｎ ｔａ ｌ ｂ ａ ｓｉｃｄ ａ ｔａ ｆ ｏ ｒ ｔｈ ｅｇ ｅ ａ ｒ ＇ｓ ｒｅｌｉａ ｂｉｌｉｔｙ ｄ ｅ ｓｉｇ ｎａ ｎ ｄｌｉｍ ｉｔｅｄｌｉｆ ｅｄ ｅｓｉｇ ｎ ．Ｋ ｅ ｙｗ ｏ ｒ ｄ ｓ： ｇ ｅ ａ ｒ ； ４ ２ Ｃ ｒ Ｍ ｏ ； Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ ｍ ｅ ｔｈ ｏ ｄ ； ｔｗ ｏ —ｔｅ ｅ ｔｈ ｐ ｕ ｌｓａ ｔｉｏ ｎ ｓ ｌｏ ａ ｄ ｉｎ ｇｔｅｓｔ； ｂｅｎ ｄ ｉｎ ｇ１０ ａ ｄｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉｔｙ齿轮材料是影响齿轮设计的关键之一。 ４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ 钢有着良好的机械性能和工艺性能…， 但由于国内外在材料冶炼、热处理工艺、 机械加工等方面均存在一定的差异， 获得该材料真实的弯曲疲劳特性成为实现传动系统有限寿命设计和可靠性设计的关键。 对于齿轮传动的新产品主动可靠性研究， 通常需要大量产品的寿命测试旧Ｊ。 特别是针对特殊工作条件下的齿轮， 需要采用合理有效的试验方法对同批材料进试验， 来取得试验齿轮的弯曲疲劳极限应力值。 虽然全寿命试验可以得到齿轮全寿命概率口Ｊ， 但由于其需要很大的资金、 精力投入， 在工程中应用并不广泛。 此外， 采用文献［ ４ —８ ］中提到的这些方法， 也存在着上述问题。为此， 本文提出采用Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ快速试验方法， 对４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ钢渗碳淬火齿轮进行弯曲疲劳极限应力值的试验。 该方法通过在较少的时间对有限试件进行了试验， 求出了齿轮的弯曲疲劳极限应力。 此外， 采用该方法产生的相对误差不高于４ ％， 完全可以满足工程的要求。１试验方法及仪器１． １试验方法本试验是基于Ｍ ｉｎ ｅ ｒ 法则， 采用Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ疲劳极限快速测定法测定４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ 钢渗碳淬火齿轮的弯曲疲劳特性。收稿日期： ２０ １１—０ １—０ ７Ｌ Ｏ Ｃ Ａ Ｔ Ｉ方法即根据Ｍ ｉｎ ｅｒ 线性损伤累积假设， 利用阶梯增载的方法， 快速地得出了所测齿轮的弯曲疲劳极限应力值。 从而为齿轮设计提供弯曲疲劳极限应力值。根据试验目的， 该试验采用了双齿弯曲脉动加载试验法来求得４ ２Ｃ ｒ Ｍ ｏ 钢渗碳淬火齿轮的弯曲疲劳极限。 此外， 试验选择了少试验点组合法来测定极限应力。 该组合法虽然在轮齿脉动上不及齿轮负载运转更接近真实工作情况， 但其具有试验速度快， 所需试件数量少以及利用率高、 试验操作简便等优点。为了保证抽样的随机性和均等性， 且尽可能多的利用试验齿轮。 根据齿数和跨齿数， 通过试探性试验， 本试验选取了４ —８ 个应力水平确定抽样方案。 通常情况下， 在轮齿断裂前。 载荷会有明显的下降， 而且试验机噪声也会发生突变，此时， 轮齿上会出可见裂纹。 为此， 试验方案以轮齿所受载荷明显减小时的应力循环次数作为失效寿命。１． ２试验仪器试验机采用了Ｓ ’ ｍ ０ Ｎ １６０ ３电磁谐振疲劳试验机， 加载精度较高， 加载频率为１２５—１４ ５ Ｈ ｚ 。 试验夹具如图１所示。该夹具具有实现自动均载的特点， 不仅能保证试验两齿均匀受载， 还可以保证载荷沿齿宽均匀分布， 消除了偏载现象。２ 试验齿轮试验齿轮是按照文献［ ２］规定设计和制造的。 其主要参万方数据
