【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。齒輪是機械傳動中應(yīng)用最廣泛的零件之一,它在工作中的受力情況比較復(fù)雜。在滿足工作要求的前提下合理選擇齒輪的壽命系數(shù)，這對實際工作有著十分重。本文就常用齒輪材料的選擇及熱處理工藝，不同標(biāo)準(zhǔn)下壽命系數(shù)的計算方法

　　

【正文】 70 10?N時的極限應(yīng)力 2lim /1060 mmNH ?? 。此外，還進行了 40Cr 鋼軟氮化齒輪的接觸疲勞壽命試驗。試件氮化層厚為 ，齒面超聲測定硬度 HRC=63（ HV=785)。試驗結(jié)果，求 北京航空航天大學(xué) 第 23 頁 得在 P=1%， 70 10?N 時的 2lim / mmNH ?? 。這兩個數(shù)據(jù)畫在圖 919 中。數(shù)據(jù)點（圖919 中 *點）均落在 JGMA 碳素鋼及合金鋼軟氮化的范圍，這說明 JGMA 的數(shù)據(jù)是可用的。 比較彎曲疲勞極限值的前提條件 目前，齒根彎曲應(yīng)力 F? 和一定材料的許用彎曲應(yīng)力或彎曲疲勞極限 limF? 與接觸應(yīng)力一樣，也屬于“比較應(yīng)力”范疇。因為同樣的一些實驗數(shù)據(jù)，采用不同的計算方法，就可以得到不同的 F? 和 limF? 值。例如， 等用 ISO 和 AGMA 的方法，計算了54 個實際使用的齒輪例樣，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，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。因此， ISO 與 AGMA 在彎曲疲勞強度上的差別并沒有像表 99所列那么大。這是“比較應(yīng)力”的一個特點。基于這一點，我們在分析比較各家計算法中的彎曲疲勞極限值時，也必須與比較 limH? 一樣，要明確比較的前提條件。 首先，要搞清試驗齒輪彎曲疲勞極限值得計算式。 這里暫不討論根據(jù)有、無缺口的試棒，用普通的彎曲疲勞試驗的方法得出齒輪彎曲疲勞極限值得情況。如果取壽命系數(shù)為 1，安全系數(shù)為 1，過載、使用系數(shù)為 1，則各家用實驗確定的彎曲疲勞極限值得計算式如下。 北京航空航天大學(xué) 第 24 頁 其它符號與式（ 99） ~（ 912）相同。 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。相對地 JGMA 式最為簡單，甚至沿齒寬方向載荷分布不均勻都不考慮。要注意， OCT? 式中的齒形系數(shù) FY 中包含了應(yīng)力集中系數(shù)，因此由式（ 915）確定的 bFlim?值必然高于其它計算式的相應(yīng)值（見圖 921）。 關(guān)于彎曲疲勞的失效判據(jù)，目前也不完全統(tǒng)一。 ISO 明確指出：通常，齒的折斷就 北京航空航天大學(xué) 第 25 頁 是齒輪壽命的終止。然而有許多資料認(rèn)為，齒輪的彎曲疲勞失效應(yīng)以齒根出現(xiàn)一定程度的裂紋為標(biāo)志。會田俊夫還用 0m （ =脈動壓縮極限 /脈動拉伸極限）與 r） =壓縮側(cè)彎曲應(yīng)力 /拉伸側(cè)彎曲應(yīng)力）的相對關(guān)系來區(qū)別各種齒輪彎曲破壞的情況。書的作者曾經(jīng)在齒輪彎曲疲勞試驗中，多次觀察到從齒根出現(xiàn)裂紋到斷齒之間壽命上的差別。這種差別取決于所加載荷的大小，材料性能和熱處理工藝。因此，在計算法中，應(yīng)該像 ISO 那樣，明確齒輪彎曲疲勞的失效判據(jù)，然而， AGMA、 JGMA 和 OCT? 都沒有提到這一點。此外， limF? 數(shù)值的可靠度也要充分注意。 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%。在 OCT? 中，沒有明確地給出 bFlim? 數(shù)值的可靠度，但在OCT? 2135475 的表 11 中，有一個注值得我們注意。這個注說明 bFlim? 是由試驗確定的，并用最大局部應(yīng)力表示的外嚙合漸開線圓柱齒輪疲勞極限的平均值作為 bFlim? 。在數(shù)理統(tǒng)計上，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%。此外，在 OCT? 的安全系數(shù)中，有一個考慮齒輪材料性能不穩(wěn)定和齒輪傳動重要程度的系數(shù) 39。FS ，此 39。FS 值按照可靠度等于 和大于 兩檔給出。由于可靠度與 bFlim? 不同，因此安全系數(shù)的取值就比較大了。 AGMA 和 JGMA 的極限應(yīng)力，都沒有明確的可靠度概念 。這種可靠度有無的不同，必然導(dǎo)致各計算法的 limF? 取值的不同。 在比較各計算法中的 limF? 時，還要注意各自應(yīng)力循環(huán)基數(shù) ?N ，否則不易真正看出彼此的高低。 彎曲疲勞極限值的分析比較 圖 920 是 ISO 和 AGMA 的球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵和灰鑄鐵的 limF? HB 線圖。由于OCT? 、 JGMA 沒有類似材料的數(shù)據(jù)，故從缺。圖中我國球鐵的一個數(shù)據(jù)點蝕通過 13對齒輪的彎曲疲勞壽命試驗得到的。試驗齒輪采用我國稀土鎂球鐵，正火處理， HB=244，相當(dāng)于 GB134878 中的 ，得到當(dāng)失效概率 P= 時的2lim /207 mmNF ?? ，其相應(yīng)的循環(huán)基數(shù)取 6105???N 。此 ?N 值是根據(jù)試驗得到的疲勞曲線確定的，和 ISO201E 的數(shù)據(jù)（ 60 103??N )有差別。 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。此圖示根據(jù) ISO、 AGMA、 JGMA和 OCT? 的原始數(shù)據(jù)繪制的，沒有統(tǒng)一的循環(huán)基數(shù)和失效判據(jù)。 各計算方法對區(qū)分鋼種，區(qū)分正火、調(diào)質(zhì)和區(qū)分鑄、鍛件的考慮情況見表 看出， ISO 和 JGMA 考慮比較細。不過也要注意到 OCT? 雖然對 limF? 不作鑄鍛之分，但其安全系數(shù)的取值卻有鑄鍛之別。 由圖 921 可看到，各計算法的大部分?jǐn)?shù)據(jù)都落在 ISO 的區(qū)域里。但引人注目的是OCT? 的數(shù)據(jù)（按 2lim /, mmNHBbF ?? 作圖）遠遠高于其它值，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。數(shù)據(jù)高的原因，上面已經(jīng)分析過了。如果將 OCT? 的 bFlim? 值除以集中系數(shù)，則與ISO 的 limF? 就比較接近了。此外 JGMA 合金鋼調(diào)質(zhì)，在輪齒硬度大于 HB300 時也取較大的 limF? 值。 從圖 921 可見， ISO 碳鋼調(diào)質(zhì)的硬度只到 HB210，這可認(rèn)為是太低了，取 JGMA 得范圍較好（ HB=160~290）。 圖 921 中的數(shù)據(jù)點 和 ? ，分別為我國 I 型貝氏體球鐵和 II 型貝氏體球鐵的試驗數(shù)據(jù)。 I 型貝氏體球鐵的基體組織為上貝氏體 +下貝氏體，等溫淬火溫度為 C?310 ， 北京航空航天大學(xué) 第 28 頁 HRC= 型貝氏體球鐵的基體組織為下貝氏體，等溫淬火溫度為 C?280 ， HRC=41。圖 921 兩個數(shù)據(jù)點是根據(jù)試驗結(jié)果，經(jīng)統(tǒng)計處理而得到的，具有 99%可靠度，其8103???N .貝氏體球鐵雖然經(jīng)等溫淬火，但硬度并不高，屬于中等硬度齒輪，所以可歸入調(diào)質(zhì)類齒輪，其 limF? 值也大致落在 AGMA 正火、調(diào)質(zhì)鋼的 limF? 范圍內(nèi)。 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。從圖中看出，對高頻或感應(yīng)淬火齒輪， AGMA 只給出一個硬度的 limF? 值，并且部分鋼種，這是最粗糙的數(shù)據(jù)。 JGMA 分碳鋼和合金鋼給出與 HV 成單值關(guān)系的線圖，這比 ISO 是進了一步。 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。JGMA 碳鋼滲碳淬火齒輪的 limF? 是最低的。除了 OCT? 給出合金鋼整體淬火齒輪的數(shù)據(jù)外其他計算法均從缺，這可能是整體淬火齒輪的固有缺點而不被推薦的緣故。 圖 923 是氮化齒輪的 limF? 的線圖。由于 JGMA 中無這類齒輪的數(shù)據(jù)，因此圖 923中從缺。 AGMA 只給出 4140 鋼氮化一個數(shù)據(jù)。 OCT? 給出的硬度范圍較寬，可高達HV1=950。但 ISO 指出： 1）表面硬度 HV1750 時，由于脆性，疲勞強度降低； 2）在表面硬化和氮化齒輪中，由于不僅表面硬度，而且硬化程度與邊緣區(qū)的硬度降都有某些 北京航空航天大學(xué) 第 29 頁 影響，因此幾乎顯不出表面硬度對疲勞極限的影響?？梢?， ISO 與 OCT? 在齒面硬度的取值上是不完全一致的。 以上分析比較是輪齒單向彎曲時的 limF? 值。對于雙向彎曲的齒輪，各計算法作如下處理： ISO：對于惰輪，取上述數(shù)據(jù)的 70%；對于正反轉(zhuǎn)中改變載荷方向的齒輪，允許用大于 70%的數(shù)值。 OCT? ：在 limF? 的計算公式中，用一個雙向受載荷影響系數(shù) FCK 來考慮，即當(dāng)單向受載時， FCK =1，當(dāng)雙向受載時 北京航空航天大學(xué) 第 30 頁 結(jié)論 以上就常用齒輪材料及熱處理工藝進行了探討，同時對齒輪的疲勞極限和壽命系數(shù)一并進行了分析 。在齒輪的制造生產(chǎn)中 , 還會遇見一些具有特殊性能要求的齒輪 , 設(shè)計人員必須按照選材的基本原則 , 進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。 同時，在選擇齒輪的各項參數(shù)時，也應(yīng)綜合考慮各項要求，從而達到事半功倍的效果。 北京航空航天大學(xué) 第 31 頁 參考文獻 [1]朱孝錄、鄂中凱 .齒輪承載能力分析 .高等教育出版社 .1992 [2]李玉平 .常用齒輪材料的選擇及其熱處理工藝 .新余學(xué)報 ,20xx,32(12):108110 [3]王小寶 .齒輪的材料及熱處理 .礦冶 ,20xx,32(21):3840 北京航空航天大學(xué) 第 32 頁 致謝 時間飛逝，大學(xué)的學(xué)習(xí)生活很快就要過去，在這四年的學(xué)習(xí)生活中，收獲了很多，而這些成績的取得是和一直關(guān)心幫助我的人分不開的。 首先非常感謝學(xué)校開設(shè)這個課題，為本人日后從事計算機方面的工作提供了經(jīng)驗，奠定了基礎(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計大概持續(xù)了半年，現(xiàn)在終于到結(jié)尾了。本次畢業(yè)設(shè)計是對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)下來最好的檢驗。經(jīng)過這次畢業(yè)設(shè)計，我的能力有了很大的 提高，比如操作能力、分析問題的能力、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步。這期間凝聚了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設(shè)計。 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)計過程中給了我大量的幫助和指導(dǎo)，為我理清了設(shè)計思路和操作方法，并對我所做的課題提出了有效的改進方案。周巍老師淵博的知識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)和誨人不倦的態(tài)度給我留下了深刻的印象。從他身上，我學(xué)到了許多能受益終生的東西。再次對周巍老師表示衷心的感謝。