【正文】 硬度對疲勞極限的影響。 首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個(gè)課題，為本人日后從事計(jì)算機(jī)方面的工作提供了經(jīng)驗(yàn)，奠定了基礎(chǔ)。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。 首先，我要特別感謝我的知道老師周巍老師對我的悉心指導(dǎo)，在我的論文書寫及設(shè)計(jì)過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計(jì)思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進(jìn)方案。 同時(shí)，在選擇齒輪的各項(xiàng)參數(shù)時(shí)，也應(yīng)綜合考慮各項(xiàng)要求，從而達(dá)到事半功倍的效果。 AGMA 只給出 4140 鋼氮化一個(gè)數(shù)據(jù)。 圖 922 是滲碳淬火、高頻淬火、火焰淬火和整體淬火鋼齒輪的 limF? 線圖。但引人注目的是OCT? 的數(shù)據(jù)（按 2lim /, mmNHBbF ?? 作圖）遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它值，如果 HB=350（圖中 北京航空航天大學(xué) 第 27 頁 HB 與 HV10 值按近似值關(guān)系處理），則 2lim /630 mmNbF ?? ，此值是 ISO 上限值得 倍。圖中我國球鐵的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)蝕通過 13對齒輪的彎曲疲勞壽命試驗(yàn)得到的。FS ，此 39。這種差別取決于所加載荷的大小，材料性能和熱處理工藝。 從式（ 914） ~（ 917）可看出，除了各式共有的一些影響因素外， OCT? 式是考慮因素最多的。例如， 等用 ISO 和 AGMA 的方法，計(jì)算了54 個(gè)實(shí)際使用的齒輪例樣，其齒根應(yīng)力的比值如表 99 所示，從而得出： ISO 的齒根應(yīng)力要比 AGMA 的高的多、其實(shí)，在 ISO 的許用彎曲應(yīng)力中取 FST FY ?? ? ，從而提高了許用彎曲應(yīng)力值。根據(jù) 15 對齒輪接觸疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，求得失效概率 P=1%， 70 10?N時(shí)的極限應(yīng)力 2lim /1060 mmNH ?? 。 圖 919 是氮化齒輪的 limH? 圖。 北京航空航天大學(xué) 第 21 頁 圖 918 是火焰淬火、高頻淬火和滲碳淬火齒輪的 limH? 值。表中 II 為“允許一定程度點(diǎn)蝕”的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與 AGMA 的數(shù)據(jù)相近。由于 OCT? 和 JGMA 沒有這類材料的有關(guān)數(shù)據(jù)，因此圖中從缺。 ISO 把失效判據(jù)、失效概率和安全系數(shù)混在一起，從而有可能引起某些技術(shù)上的困難。 在工業(yè)實(shí)踐中，通常不能要求有一個(gè)統(tǒng)一的失效判據(jù)。然而，在 DIN3990基礎(chǔ)上制定的 ISO200E 中，確沒有明確地說明確定 limH? 的失效判據(jù)，而在壽命系數(shù)中有出現(xiàn)了“允許一定程度點(diǎn)蝕”這樣不明確的規(guī)定。 其次，在比較各家計(jì)算法中的疲勞極限值時(shí)，還要搞清各家齒輪試驗(yàn)中失效判據(jù)上的差別。 式（ 99）是試驗(yàn)齒輪接觸疲勞極限的 ISO（ GB）計(jì)算式 式（ 910）是 AGMA 許用接觸應(yīng)力 acS （相當(dāng)于 ISO 的 limH? ）計(jì)算式 下面式（ 911）和式（ 912）分別是 JGMA 和 ??OC 的接觸疲勞極限值 以上四式中的符號意義如下： 北京航空航天大學(xué) 第 15 頁 根據(jù)以上各式的差異，以下幾點(diǎn)值得注意： 在幾何方面， ISO、 OCT? 和 JGMA 三種計(jì)算法是十分接近的，重要的是比較 ISO與 AGMA 計(jì)算法的差別。 彎曲疲勞曲線中的兩個(gè)特征數(shù)（ p 和 ?N ） 目前，齒輪彎曲疲勞曲線的計(jì)算法也采用冪函數(shù)的形式，即 北京航空航天大學(xué) 第 13 頁 YNT= 指數(shù) p 和循環(huán)基數(shù) ?N 是疲勞曲線的兩個(gè)特征數(shù)。這種處理方法，有其合理的地方，但問題是“一定程度點(diǎn)蝕”的含義缺乏定量的概念。 p NN? 北京航空航天大學(xué) 第 11 頁 表 31 分析比較一下表 31 中的數(shù)據(jù)，可以看到： 1）指數(shù) p 的差別很大，從 Niemann 的各種材料的 p=2 到 ISO 的調(diào)質(zhì)鋼液態(tài)氮化p=. 的 p 值均取較小值，而 ISO、 AGMA、 JGMA 均取較大值。?? 北京航空航天大學(xué) 第 9 頁 圖 34 圖 33 中的任意一條曲線可簡化為圖 34 曲線的形狀（采用雙對數(shù)坐標(biāo)）。中間的一條 SN 曲線具有失效概率 P= ，其它的兩條 SN 曲線也具有各自的失效率。 非金屬材料 受力不大 , 以及在無潤滑條件下工作的小型齒輪 (如儀器、儀表齒輪 ) ,可用尼龍、ABS、聚甲醛等非金屬材料制造。 機(jī)械加工后 , 一般進(jìn)行表面淬火 , 提高硬度、耐磨性及抗疲勞強(qiáng)度。相互配對使用的小齒輪硬度稍高 (相差大約在 70~120HB) , 對齒輪的使用壽命有利。因此 , 要求綜合力學(xué)性能好 , 一般選用調(diào)質(zhì)鋼制造 , 如 40 鋼、 45鋼、 40C r、 42SMi n 等。其工藝路線一般為 : 備料 鍛造 正火 機(jī)械粗加工、半精加工 滲碳 +淬火 +低溫回火 噴丸 校正 精加工 該工藝中正火的目的是為了均勻和細(xì)化組織 , 消除鍛造應(yīng)力 , 改善切削加工性 。 高承載能力的重要齒輪 這類齒輪有汽車、拖拉機(jī)、摩托車、礦山機(jī)械及航空發(fā)動(dòng)機(jī)等齒輪。因此，目前傾向性的看法是：推薦在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件，用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)齒輪的試驗(yàn)為基礎(chǔ)，并考慮到實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)來確定齒輪的疲勞極限。從概念上來說，人們對疲勞曲線和壽命系數(shù)兩者的理解都比較一致。齒輪的主要失效形式是疲勞斷齒、疲勞點(diǎn)蝕以及齒面的過量磨損。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 在齒輪的制造過程中 , 合理選擇材料與熱處理工藝 , 是提高承載能力和延長使用壽命的必要保證 。 3)齒輪心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性。 齒輪的疲勞極限 金屬材料在 無數(shù)次重復(fù)的交變載荷作用下 不致破壞的最大應(yīng)力 ,稱為疲勞極限。但是，目前除了 ISO 方法有比較具體的交代外，其他如 AGMA、 ??OC 等計(jì)算法均缺乏這方面的數(shù)據(jù)，這不能不說是個(gè)欠缺。在差速器中 , 通過齒輪來增加扭轉(zhuǎn)力矩 , 且調(diào)節(jié)左右兩車輪的轉(zhuǎn)速 , 并將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳給主動(dòng)輪 , 推動(dòng)汽車、拖拉機(jī)運(yùn)行 , 所以傳遞功率、沖擊力及摩擦壓力都很大 , 工作條件比較惡劣。 航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪承受高速和重載 , 比汽車、拖拉機(jī)齒輪的工作條件更為惡劣 , 除要求高的耐疲勞性外 , 還要求齒輪的心部具有高的強(qiáng)度和韌性 , 一般多采用 12CrNi3A、12Cr2N i4A 或 18Cr2N i4WA 等高級滲碳鋼制造 , 為了節(jié)約鎳 , 可用 15CrMn2SMioA 代替 18Cr2Ni4WA。 調(diào)質(zhì)的目的是為了提高齒輪心部的綜合力學(xué)性能 , 以承受交變彎曲應(yīng)力和沖擊載荷 , 還可減少高頻淬火變形 。大型齒輪也常用正火作為最終熱處理 , 正火齒輪的力學(xué)性能不如調(diào)質(zhì)齒輪 , 故僅用于制造不重要的大型齒輪 , 材料用優(yōu)質(zhì)中碳鋼 ( 45)。其工藝路線一般為 : 鑄造 正火 機(jī)械粗加工、半精加工 表面淬火 + 低溫回火 機(jī)械精加工 鑄鐵 對于一些輕載、低速、不受沖擊、精度和結(jié)構(gòu)緊湊要求不高的不重要齒輪 , 常用灰鑄鐵 HT200、 HT250、 HT300 等。 北京航空航天大學(xué) 第 7 頁 3 齒輪的疲勞曲線和壽命系數(shù) 疲勞曲線和壽命系數(shù)的一般表達(dá)式 圖 31 和圖 32 是 ISO 計(jì)算法中給出的接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) ZN 和彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) YNT 的線圖。如果應(yīng)力水平 S=Su（ Su—— N 趨向于 l時(shí)的疲勞強(qiáng)度期望值），則進(jìn)行試驗(yàn)的 50%試件預(yù)期在第一個(gè)循環(huán) (N=1)中失效。從 ISO 的壽命系數(shù)圖 (圖 31 和圖 32)來看，它采用的就是這種疲勞曲線。 3）各家的循環(huán)基數(shù)差別也很大。 TOCT 的 KHL 值是表列計(jì)算方法中最大的，特別是 N=105～ 3x105 范圍內(nèi)更為明顯?？傊?，對齒面硬度 HB350 的齒輪，取 p=6~9 比較合適。在齒輪試驗(yàn)臺(tái)上，用試驗(yàn)齒輪來確定 limH? 值，一般都在亞臨界區(qū)工作，因此， ISO 與 AGMA 的接觸疲勞極限值對比時(shí)，從幾何計(jì)算上帶來的誤差是小的。在工業(yè)實(shí)踐中，各行各業(yè)對齒輪傳動(dòng)的要求各不相同，因此不能要求有一個(gè)統(tǒng)一的失效判據(jù)。如果沒有統(tǒng)一的失效判據(jù)，那么就很難進(jìn)行計(jì)算方法的比較和數(shù)據(jù)的交流。這也是比較各家極限應(yīng)力值時(shí)要明確的前提。 第四，比較接觸疲勞極限應(yīng)力，還要有共同的循環(huán)基數(shù) ?N 作為前提，否則是不能反映 limH? 真實(shí)大小情況的，甚至還會(huì)造成錯(cuò)覺。因此，對于我國的稀土鎂球鐵齒輪，在質(zhì)量能保證的通常情況下，可取ISO 區(qū)域圖的上限作為設(shè)計(jì)的 limH? 值。圖中 ISO 碳鋼調(diào)質(zhì)或正火的最高硬度只達(dá) HB220，這主要是由于硬度大于 HB220的碳鋼調(diào)質(zhì)齒輪的性能不佳而采取的限制措施。低于或高于 HV650， limH? 都將減小。他認(rèn)為：在很多應(yīng)用場合，對氮化工藝的掌握還不十分可靠，因此，在 ISO 計(jì)算法中給出的 limH? 值就相對地具有較大的離散性； ISO 的線圖需要通過材料品質(zhì)和熱處理方面的指導(dǎo)線圖來作補(bǔ)充。試驗(yàn)結(jié)果，求 北京航空航天大學(xué) 第 23 頁 得在 P=1%， 70 10?N 時(shí)的 2lim / mmNH ?? 。基于這一點(diǎn)，我們在分析比較各家計(jì)算法中的彎曲疲勞極限值時(shí)，也必須與比較 limH? 一樣，要明確比較的前提條件。 關(guān)于彎曲疲勞的失效判據(jù)，目前也不完全統(tǒng)一。 ISO 中的 limF? 區(qū)域圖數(shù)據(jù)，具有 1%的失效概率，即可靠度為 99%。 AGMA 和 JGMA 的極限應(yīng)力，都沒有明確的可靠度概念 。 北京航空航天大學(xué) 第 26 頁 圖 921 是調(diào)質(zhì)、正火鋼齒輪（ HB450)的 limF? 線圖。此外 JGMA 合金鋼調(diào)質(zhì)，在輪齒硬度大于 HB300 時(shí)也取較大的 limF? 值。 對于合金鋼滲碳淬火齒輪， ISO、 OCT? 、 JGMA 和 AGMA 的數(shù)值范 圍比較一致?？梢?， ISO 與 OCT? 在齒面硬度的取值上是不完全一致的。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。再次對周巍老師表示衷心的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計(jì)。在齒輪的制造生產(chǎn)中 , 還會(huì)遇見一些具有特殊性能要求的齒輪 , 設(shè)計(jì)人員必須按照選材的基本原則 , 進(jìn)行全面分析及綜合考慮 , 選擇出最合適的材料及熱處理工藝方法。由于 JGMA 中無這類齒輪的數(shù)據(jù)，因此圖 923中從缺。圖 921 兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理而得到的，具有