机械工程学报

作者：周长江, 王豪野, 靳广虎, 艾永生

单位：1. 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室 长沙 410082;2. 南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室 南京 210016;3. 中国航发湖南动力机械研究所 株洲 412002

关键词：螺旋锥齿轮,复合应力场,裂纹萌生,裂纹扩展,接触疲劳寿命；

基金：国家自然科学基金(5207051373)和直升机传动技术重点实验室基金(HTL-O-21K01)资助项目。

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力，建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场，提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型，计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性，将变曲率齿面离散为网状节点；测量各节点表面与次表面的残余应力，建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则，构建齿面裂纹萌生模型；计及残余应力与裂纹闭合效应，构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命，研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布，中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%；复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力，残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命；齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%，表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。

来源：2022年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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