CN106198217A - 一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种齿轮应力寿命应力曲线测试流程的设计方法，解决了齿轮材料疲劳寿命应力曲线测试过程中出现的因齿轮啮入啮出冲击造成的机床不能正常工作和数据准确性不足的问题。包括以下步骤：试验齿轮初步设计和制造：试验流程加载量综合设计：在弯曲疲劳试验中测齿轮弯曲变形量：接触疲劳实验齿轮齿形齿向修形：Δ＝Δ1+Δfbδmax＝3+3.5ω×10^‑3δmin＝0+3.5ω×10^‑3式中Δ——修形量最大值Δ1——加载实际变形量Δfb——齿轮精加工时产生的基节差δmax——最大修形公差值δmin——最小修形公差值ω——单位齿宽的载荷；按照阶梯试验、等效试验和常规接触疲劳试验流程对接触疲劳实验齿轮进行试验。

Description

一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法

技术领域：

本发明涉及一种测试试验流程的设计，具体涉及一种齿轮应力寿命应力曲线(SN曲线)测试流程的设计方法。

背景技术：

齿轮材料疲劳寿命应力曲线(SN曲线)测试属于破坏性试验，试验分为弯曲疲劳试验和接触疲劳试验。其原理是通过增加齿轮传输功率(扭矩)，来实现疲劳损坏，而金属的疲劳是由于在全部金属的原子晶格的积累塑性变形所引起的。为保证完成实验目的，弯曲试验必须避开接触疲劳，接触试验必须避开弯曲疲劳的影响。弯曲疲劳试验是静态加载试验，不涉及啮合运动，因此不存在出现接触疲劳的可能。接触疲劳试验是动态模拟试验，模仿齿轮副啮合运动，因此必须在保证不出现弯曲疲劳损坏的条件下，首先出现接触疲劳损坏。齿轮应力寿命曲线测试流程是先完成齿轮设计制造，再进行试验。对于由于各种因素造成的齿轮内在质量不稳定的情况下，在接触疲劳试验中，往往因弹性变形、热变形或制造误差等引起的基节误差，会造成齿轮啮入啮出冲击。从而使试验出现以下不良后果：一是接触疲劳损坏引入其它损坏模式，影响数据准确性；二是齿轮啮入啮出冲击，造成传动误差增大，使机床因振动增大不能正常工作。

发明内容：

本发明通过改变试验整体流程，用以解决了齿轮材料疲劳寿命应力曲线测试过程中出现的因齿轮啮入啮出冲击，造成的机床不能正常工作和数据准确性 不足的问题。

本发明是由以下技术方案实现的：

一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法，包括以下五个步骤：

1、试验齿轮初步设计和制造：其中接触疲劳实验齿轮不进行齿面精加工；

2、试验流程加载量综合设计：具体指接触疲劳实验过程中的加载载荷量，接触疲劳接触应力按理论接触应力的120％、140％、160％计算，计算120％、140％、160％状态下的加载力；

3、在弯曲疲劳试验中测齿轮弯曲变形量：按照上述步骤2中计算得出的120％，140％、160％状态下的加载力，在齿轮渐开线最大压力角位置按齿轮实际受力状态分别加定上述载荷，使用照相测量系统进行变形量测量；

4、接触疲劳实验齿轮齿形齿向修形：按照第3步所得的齿轮弯曲变形量Δ1作为依据进行抛物线修形设计，修形在双齿啮合区进行，修形量从最大值Δ逐渐变化到零，单齿啮合区所对应的渐开线段不修形，

取Δ＝Δ1+Δfb

δmax＝3+3.5ω×10^-3

δmin＝0+3.5ω×10^-3

式中Δ——修形量最大值

Δ1——加载实际变形量即齿轮弯曲变形量

Δfb——接触疲劳实验齿轮精加工时产生的基节差

δmax——最大修形公差值

δmin——最小修形公差值

ω——单位齿宽的载荷；

5、按照阶梯试验、等效试验和常规接触疲劳试验流程对接触疲劳实验齿轮 进行试验：阶梯试验是指在试验初期力矩与转速按设计值分3份以上等值交替上升，目的是使齿轮跑合良好和防止冷胶合损伤出现；等效试验是在齿轮加载荷达到工况等级后，每一工况等级必须运转20min以上，目的是防止胶合损伤出现。

具体实施方式：

本发明是一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法，包括以下五个步骤：

1、试验齿轮初步设计和制造：其中接触疲劳实验齿轮不进行齿面精加工；

2、试验流程加载量综合设计：具体指接触疲劳实验过程中的加载载荷量，接触疲劳接触应力按理论接触应力的120％、140％、160％计算，计算120％、140％、160％状态下的加载力；

3、在弯曲疲劳试验中测齿轮弯曲变形量：按照上述步骤2中计算得出的120％，140％、160％状态下的加载力，在齿轮渐开线最大压力角位置按齿轮实际受力状态分别加定上述载荷，使用照相测量系统进行变形量测量；

照相测量系统采用最新蓝光技术，利用结构光、非接触三角法测量原理，通过光源将一定模式的结构光投射到物体的表面，在表面形成由被测物体表面形状所调制的光学三维图像。该三维图像通过三组相机拍摄获得物体二维的畸变图像。根据结构光的3D信息，利用三维重构技术经过在计算机处理得到物体表面的三维坐标信息。

4、接触疲劳实验齿轮齿形齿向修形：按照第3步所得的齿轮弯曲变形量Δ1作为依据进行抛物线修形设计，修形在双齿啮合区进行，修形量从最大值Δ逐渐变化到零，单齿啮合区所对应的渐开线段不修形，

取Δ＝Δ1+Δfb

δmax＝3+35ω×10^-3

δmin＝0+3.5ω×10^-3

式中Δ——修形量最大值

Δ1——加载实际变形量即齿轮弯曲变形量

Δfb——接触疲劳实验齿轮精加工时产生的基节差

δmax——最大修形公差值

δmin——最小修形公差值

ω——单位齿宽的载荷；

5、按照阶梯试验、等效试验和常规接触疲劳试验流程对接触疲劳实验齿轮进行试验：阶梯试验是指在试验初期力矩与转速按设计值分3份以上等值交替上升，目的是使齿轮跑合良好和防止冷胶合损伤出现；等效试验是在齿轮加载荷达到工况等级后，每一工况等级必须运转20min以上，目的是防止胶合损伤出现。

本试验流程设计方法通过对齿轮疲劳测试流程的改进和调整，完善实验齿轮的接触疲劳发生状态，实现实验齿轮在进行触疲劳寿命应力曲线(SN曲线)测试时，在不发生弯曲疲劳的情况下，先行出现接触疲劳失效形式。本设计方法的核心点在于先完成弯曲疲劳试验齿轮的试验后，再进行接触疲劳试验齿轮的精加工和试验。目的是利用弯曲疲劳试验获得的数值，保证接触疲劳试验齿轮修形量的准确性，确保接触疲劳试验过程中，既不会因修形量太大出现重合度不足导致弯曲损坏，又不会因修形量太小出现啮入啮出冲击。同时在接触疲劳试验过程中增加了阶梯试验、等效试验，目的是防止胶合损伤模式的出现。

该流程设计方法虽因流程调整造成工序略为繁琐，但本方法可以有效避免因制造技术水平带来的试验不确定性，为齿轮材料疲劳寿命应力曲线(SN曲线)测试提供了一种全新的可靠的解决途径。

本发明通过提供一种试验流程设计方法，解决了目前试验台架(DIN标中心距160mm、91.5mm)在进行齿轮材料接触疲劳寿命应力曲线(SN曲线)测试试验时，增加齿轮传输功率(增大扭矩或提高转速)的过程中，出现齿轮弯曲断裂的失效形式或机床损坏不能正常工作等问题。

Claims (2)

1.一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法，其特征是：包括以下步骤：

1)试验齿轮初步设计和制造：其中接触疲劳实验齿轮不进行齿面精加工；

2)试验流程加载量综合设计：具体指接触疲劳实验过程中的加载载荷量，接触疲劳接触应力按理论接触应力的120％、140％、160％计算，计算120％、140％、160％状态下的加载力；

3)在弯曲疲劳试验中测齿轮弯曲变形量：按照上述步骤2中计算得出的120％，140％、160％状态下的加载力，在齿轮渐开线最大压力角位置按齿轮实际受力状态分别加定上述载荷，进行变形量测量；

4)接触疲劳实验齿轮齿形齿向修形：按照第3步所得的齿轮弯曲变形量Δ1作为依据进行抛物线修形设计，修形在双齿啮合区进行，修形量从最大值Δ逐渐变化到零，单齿啮合区所对应的渐开线段不修形，

取Δ＝Δ1+Δfb

δmax＝3+3.5ω×10^-3

δmin＝0+3.5ω×10^-3

式中Δ——修形量最大值

Δ1——加载实际变形量即齿轮弯曲变形量

Δfb——接触疲劳实验齿轮精加工时产生的基节差

δmax——最大修形公差值

δmin——最小修形公差值

ω——单位齿宽的载荷；

5)按照阶梯试验、等效试验和常规接触疲劳试验流程对接触疲劳实验齿轮进行试验：阶梯试验是指在试验初期力矩与转速按设计值分3份以上等值交替上升，目的是使齿轮跑合良好和防止冷胶合损伤出现；等效试验是在齿轮加载荷达到工况等级后，每一工况等级必须运转20min以上，目的是防止胶合损伤出现。

2.根据权利要求1所述的一种齿轮应力寿命曲线测试流程的设计方法，其特征是：步骤3)所述的变形量用照相测量系统进行测量。