【正文】 經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的能力有了很大的 提高，比如操作能力、分析問(wèn)題的能力、合作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)等方方面面都有很大的進(jìn)步。除了 OCT? 給出合金鋼整體淬火齒輪的數(shù)據(jù)外其他計(jì)算法均從缺，這可能是整體淬火齒輪的固有缺點(diǎn)而不被推薦的緣故。 各計(jì)算方法對(duì)區(qū)分鋼種，區(qū)分正火、調(diào)質(zhì)和區(qū)分鑄、鍛件的考慮情況見(jiàn)表 看出， ISO 和 JGMA 考慮比較細(xì)。這個(gè)注說(shuō)明 bFlim? 是由試驗(yàn)確定的，并用最大局部應(yīng)力表示的外嚙合漸開(kāi)線圓柱齒輪疲勞極限的平均值作為 bFlim? 。 這里暫不討論根據(jù)有、無(wú)缺口的試棒，用普通的彎曲疲勞試驗(yàn)的方法得出齒輪彎曲疲勞極限值得情況。 JGMA 把氮化分為一般氮化和軟氮化兩大類；又把材料分為氮化鋼和碳素鋼、合金鋼兩大類；氮化時(shí)間和齒面相對(duì)曲率半徑都有具體數(shù)據(jù)；此外，還考慮了其他的一些影響因素。 AGMA 和 OCT? 都沒(méi)有碳鋼、合金鋼和鑄鋼之分，但兩家limH? 煩人取值相差甚遠(yuǎn)。 北京航空航天大學(xué) 第 19 頁(yè) 接觸疲勞極限值的分析比較 如前所述，在比較分析齒輪接觸疲勞極限值時(shí)，最好要具有相同的前提條件，但是要做到這一點(diǎn)是非常困難的，因?yàn)閹准矣杏绊懙挠?jì)算方法（如 AGMA、 OCT? 、 JGMA）中，對(duì)這些前提條件并沒(méi)有交待清楚，這樣，就給比較帶來(lái)了困難。 設(shè) A 為點(diǎn)蝕坑總面積， EA 為工作齒面有效總面積，則點(diǎn)蝕面積率可表示為 大小齒輪可分為計(jì)算，即有 2R 、 1R 之分，也可以計(jì)算單齒的點(diǎn)蝕坑面積率 aR 對(duì)于正火、調(diào)質(zhì)齒輪，點(diǎn)蝕總是在齒面上均勻出現(xiàn)，其失效判據(jù)可取大小齒輪點(diǎn)蝕面積率 2R 、 1R 之和 sR 這種齒輪的極限循環(huán)次數(shù)（循環(huán)基數(shù)）可取為 7105? 。 AGMA 也認(rèn)為潤(rùn)滑、粘度、速度和齒面粗糙度等對(duì)接觸強(qiáng)度的影響，但是沒(méi)有給出數(shù)據(jù)。例如，在各種公開(kāi)發(fā)表的試驗(yàn)結(jié)果中，就有不同的點(diǎn)蝕失效判據(jù)；如何劃分早期點(diǎn)蝕、破壞性點(diǎn)蝕等，這些都影響試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)。 Stromeyer 式 ： S=bNa+Se 式中 Se— 疲勞極限 a、 b— 同材料有關(guān)的試驗(yàn)常數(shù) Bent 式： a、 b— 同材料有關(guān)的試驗(yàn)常數(shù) Weibull式： SSe=b(N+B)a 式中 Se— 疲勞極限 a、 b、 B— 同材料有關(guān)的試驗(yàn)常數(shù) 上述疲勞曲線的表達(dá)式，在一定條件下都能作為試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸曲線。則齒輪的壽命系數(shù)為 ： ZN（或 YNT） = 式中 ?N 為循環(huán)基數(shù)。鑄造齒輪的精度較低 , 常用于農(nóng)業(yè)機(jī)械。由于不滲碳表面未經(jīng)鍍銅防滲 , 因此滲碳后進(jìn)行高溫回火 , 降低硬度 , 便于切去不滲碳表面的滲碳層。 北京航空航天大學(xué) 第 3 頁(yè) 2 齒輪的材料和熱處理 常用于制造齒輪的材料主要 是鋼 , 其次是鑄鐵 , 在某些場(chǎng)合 , 也可使用非金屬材料。鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵、有色金屬及非金屬材料都可用來(lái)制造齒輪 , 各種熱處理方法 , 如滲碳、滲氮、碳氮共滲、表面淬火、調(diào)質(zhì)和正火等 , 在齒輪制造中都被應(yīng)用 , 因此 , 齒輪的選材和熱處理方法的選用較其它零件復(fù)雜。 齒輪的材料、壽命系數(shù)和極限應(yīng)力 院（系）名稱 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機(jī)械制造 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 北京航空航天大學(xué) 第 I 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)齒輪承載能力的不同 , 合理選擇材料和毛坯及熱處理工藝 , 并制定相應(yīng)的 工藝路線 , 用最經(jīng)濟(jì)的辦法最大限度地發(fā)揮材料的潛能 , 做到物盡其用。 鍛鋼 鍛鋼應(yīng)用最廣泛 , 通常重要用途的齒輪大多采用鍛鋼制作。 中等承載能力的齒輪 這類齒輪的代表是金屬切削機(jī)床齒輪。近十幾年來(lái) , 隨著鑄造技術(shù)的發(fā)展 , 鑄造精度有了很大的提高 , 某些鑄造齒輪已經(jīng)可以直接用于具有一定傳動(dòng)精度要求的機(jī)械中。 上式的壽命吸收也可理解為試驗(yàn)齒輪在有限壽命下的疲勞極限和無(wú)限壽命時(shí)的疲勞極限的比值，即 ZN（或 YNT ） = ISO 的疲勞曲線采用了包括 N=1 的 PSN 曲線（取失效概率 P= ）。目前，世界各國(guó)的齒輪承載能力計(jì)算法中之所以采用冪函數(shù)式，主要是由于它的表達(dá)式比較簡(jiǎn)單，?? ?? ?? Nlog baS ?? log 北京航空航天大學(xué) 第 10 頁(yè) 并且也比較符合疲勞試驗(yàn)結(jié)果的緣故。其二是試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，因而使各家根據(jù)有限的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的回歸曲線差別很大。根據(jù)目前 ISO 中給出的 LZ VZ , RZ 的數(shù)據(jù)來(lái)看，是否考慮潤(rùn)滑因素的影響，可以使 limH? 與 aeS 之間產(chǎn)生約 1520%的誤差，這是值得重視的。 對(duì)于氮化和滲碳淬火齒輪，以及在有較大齒距誤差時(shí)，點(diǎn)蝕坑只在少數(shù)齒上出現(xiàn)，這時(shí)的失效判據(jù)可取單齒面積率 或取大小齒輪點(diǎn)蝕面積率之和 其極限循環(huán)次數(shù)可取表 94 中 ISO（ GB)的 ?N 值。 為了看到 ISO、 AGMA、 OCT? 和 JGMA 給出的原始接觸疲勞極限 值得概貌，現(xiàn)在暫不考慮前提條件，按照不同材料和熱處理分別作圖比較如下。 OCT? 取值接近于 ISO 下限，而 AGMA 超過(guò) ISO 值甚多，硬度越高，這種差別越大。因 此， JGMA 的數(shù)據(jù)比較集中，很便于實(shí)際中采用，可以說(shuō)， JGMA 給出的氮化齒輪 limH? 值時(shí)比較完善的。如果取壽命系數(shù)為 1，安全系數(shù)為 1，過(guò)載、使用系數(shù)為 1，則各家用實(shí)驗(yàn)確定的彎曲疲勞極限值得計(jì)算式如下。在數(shù)理統(tǒng)計(jì)上，平均值得可靠度為 50%，因此可以認(rèn)為 OCT? 的 bFlim? 的失效概率為 50%。不過(guò)也要注意到 OCT? 雖然對(duì) limF? 不作鑄鍛之分，但其安全系數(shù)的取值卻有鑄鍛之別。 圖 923 是氮化齒輪的 limF? 的線圖。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來(lái)最好的檢驗(yàn)。JGMA 碳鋼滲碳淬火齒輪的 limF? 是最低的。此圖示根據(jù) ISO、 AGMA、 JGMA和 OCT? 的原始數(shù)據(jù)繪制的，沒(méi)有統(tǒng)一的循環(huán)基數(shù)和失效判據(jù)。在 OCT? 中，沒(méi)有明確地給出 bFlim? 數(shù)值的可靠度，但在OCT? 2135475 的表 11 中，有一個(gè)注值得我們注意。 首先，要搞清試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限值得計(jì)算式?？磥?lái) Winter的看法在 JGMA 中已得到實(shí)現(xiàn)。從硬度范圍來(lái)看， JGMA 的碳鋼調(diào)質(zhì)、正火齒輪的取值比較合理。目前，要統(tǒng)一循環(huán)次數(shù) ?N 是不可能的，但是我們可以取相同循環(huán)次數(shù) N 時(shí)的條件疲勞極限進(jìn)行比較，這樣就能大致上看出極限應(yīng)力值得大小了。 為了制訂出統(tǒng)一的齒輪壽命試驗(yàn)規(guī) 范，近年來(lái)，在文獻(xiàn) [20]、 [222]中規(guī)定用點(diǎn)蝕面積率作為齒面疲勞的失效判據(jù)，具體規(guī)定如下。 比較 ISO 計(jì)算式（ 99）和 AGMA 計(jì)算式 (910)，找出其一一對(duì)應(yīng)的計(jì)算參數(shù)后，發(fā)現(xiàn)只有四個(gè)參數(shù)是沒(méi)有互相包含的，即 AGMA 沒(méi)有考慮 ISO 中的 , LZ VZ , RZ ，而 ISO 中沒(méi)有考慮 AGMA 中的 TC 。 各家計(jì)算方法中所取的疲勞曲線的形狀和壽命系數(shù)值有很大的差別，這些差別的來(lái)源：其一是試驗(yàn)規(guī)范不一致。 疲勞曲線的其它表達(dá)式 指數(shù)函數(shù)式 ： eaSN=C a、 C— 試驗(yàn)確定的常數(shù)； 兩邊取對(duì)數(shù)： aSloge +logN=logC 令 aloge= ， logN= ,得 這表明應(yīng)力 S 和循環(huán)次數(shù) N 的對(duì)數(shù)成線性關(guān)系。 圖 31 圖 32 北京航空航天大學(xué) 第 8 頁(yè) 如果齒輪的疲勞曲線具有冪函數(shù)的形式，即 SpN=C 式中 S應(yīng)力； N壽命，即循環(huán)次數(shù)； p指數(shù)； C試驗(yàn)常數(shù)。 鑄鋼 對(duì)于一些直徑較大 (U 400~ 500mm )、形狀復(fù)雜的大齒輪毛坯 , 當(dāng)用鍛造方法難于成型時(shí) , 可采用鑄鋼制作 , 其強(qiáng)度比鍛鋼齒輪低 10%左右。這兩種鋼的切削加工性能較差 , 其工藝路線一般為 : 備料 鍛造 調(diào)質(zhì)處理 機(jī)械粗加工、半精加工 滲碳 高溫回火 機(jī)械加工 淬火 +低溫回火 機(jī)械精加工 檢驗(yàn) 北京航空航天大學(xué) 第 4 頁(yè) 在此工藝中 , 由于 12CrNi3A、 12Cr2Ni4A、 18Cr2Ni4WA 等高級(jí)滲碳鋼的淬透性較高 , 退火困難 , 一般采用調(diào)質(zhì)處理 , 使硬度降低到 35HRC 以下 , 改善切削加工性能。 為了搞清各家在處理齒輪疲勞極限這個(gè)問(wèn)題上的不同看法、不同的數(shù)據(jù)取值和其他一些差別，本文采用對(duì)比的辦法，作一較全面分析。 齒輪的材料及熱處理對(duì)齒輪的內(nèi)在質(zhì)量和使用性能都有很大的影響。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。 齒輪的壽命系數(shù) 齒輪承載能力計(jì)算中的壽命系數(shù)是從齒輪的疲勞曲線中引申出來(lái)的。根據(jù)承載能力的大小不同 , 選擇的材料及熱處理工藝又有所不同。機(jī)床齒輪大多用于齒輪箱 , 主要用于傳遞動(dòng)力 , 改變運(yùn)動(dòng)速度和方向 , 工作條件較好 , 載荷不大 , 工作平穩(wěn)無(wú)強(qiáng)烈沖擊 , 轉(zhuǎn)速也不高 , 屬工作條件較好的齒輪。為了提高鑄鋼齒輪的精度 , 應(yīng)增加機(jī)械加工工序 , 在機(jī)械加工前應(yīng)進(jìn)行正火 , 消除鑄造應(yīng)力和硬度不均 ,改善切削加工性能 。這種曲線如圖 33 所示，設(shè)從一批條件相同的試件中，隨機(jī)檢取 25 個(gè)試件．把它們分為 5 組，并在 5 個(gè)應(yīng)力水平下試驗(yàn)，直至失效，從而得到 PSN 曲線如圖所 示。 接觸疲勞曲線中的特征數(shù)（ p 和 N∞ ） 由于采用冪函數(shù)的疲勞曲線，所以壽命系數(shù)就采用了式 ZN= 這一式，不同的標(biāo)準(zhǔn)在形式上雖然一致，但是指數(shù) p 和循環(huán)基數(shù) ?N 的取值卻大不相同 ,具體見(jiàn) 表 31。特別是對(duì)于循環(huán)次數(shù) N108 的齒輪試件的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，顯得鳳毛麟角。至于溫度的影響， ISO 和 AGMA 并沒(méi)有大的差別，因?yàn)?AGMA 通常取 TC =1。 北京航空航天大學(xué) 第 18 頁(yè)