齿轮疲劳硬度和断裂地方的监测探讨

　
　　现有的文献大都集中表面强化效果的理论研究[5-9]、表面强化的硬化层尺寸确定[10，11]等方面。但如何快速、直观判断硬度、残余应力的分布是否合理，特别是疲劳裂纹萌生区域能否从表面转向内部等问题却很少有文献报道。本文以国产变速箱圆柱齿轮为例，齿轮表面经过渗碳淬火和喷丸处理，通过齿根处的残余应力和硬度的分布对其弯曲疲劳强度和疲劳裂纹萌生区域进行了分析和试验验证。为进一步研究齿轮弯曲疲劳断裂机制和齿轮表面强化工艺参数的合理确定提供了参考依据。试验材料与方法齿轮材料为Mn-Cr钢，其化学成分见。
　　预测试验和分析为了尽量消除不确定因素，对同批次表面工艺强化后的合格齿轮，在齿轮根部同一部位不同深度处的残余应力和硬度进行测量。残余应力用RICHSEIFERTCo的X射线应力分析仪测量，硬度用AKASIMVK-E测量并转化成洛氏硬度，通过逐层电抛光测不同深度下的残余应力和硬度，结果如和。
　　从看到，齿根处的表面硬度最大为59HRC，然后随着深度的增加，硬度缓慢下降。在深度为013mm处硬度变化比较急剧，当深度超过017mm后，硬度基本保持不变，该硬度也是齿轮基体的硬度，约为44HRC。
　　根据硬度和抗拉强度之间的转换表[12，13]，把齿根不同深度下的硬度转换为抗拉强度，给出了不同深度下的换算强度。
　　反映了齿根不同深度下的换算抗拉强度，表面抗拉强度为24002500MPa.而该齿轮单齿弯曲试验表明，单齿弯曲平均断裂强度约为2400MPa，符合理论分析。单齿弯曲静强度试验（按照GBPT14230-93齿轮弯曲疲劳强度试验方法在ZwickAmslerHFP100试验机上进行）结果初步说明了可以按照齿轮1的硬度来确定其强度。
　　为了确定齿根在额定工作载荷下，不同深度的应力分布，通过齿轮单齿弯曲有限元分析计算，得到工作载荷作用下齿根同一部位沿深度（和载荷作用方向平行）的应力分布，给出了使用载荷下齿根附近沿深度的应力分布。　
　

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