D0I:10.13374/i.issm1001053x.1999.06.018 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 20CrNi2MoA渗碳淬火齿轮弯曲 疲劳可靠度研究 王小群”卢梅”唐良芬) 史铁军) 崔兴山”谈嘉祯) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)南京高速齿轮箱厂，南京210012 摘要20CNi2MoA渗碳淬火齿轮弯曲疲劳强度的可靠度试验在英国产STRON1603型电磁谐 振疲劳试验机上进行.短寿命区采用4级恒定应力水平的成组试验法，长寿命区采用应力升降试验 法.在试验数据基础上，拟合出完整的C一R一S一V曲线，并获得各种可靠度下的弯曲疲劳极限值. 关键词渗碳淬火齿轮：C一R一S一曲线；疲劳；可靠度；置信度 分类号TH132.413 设计渗碳淬火齿轮所需的弯曲疲劳极限应力 2试验方法和失效判据 值，在国标GB3480一83中是照搬IS0的数据，但 由于国产材料齿轮在材料冶炼工艺、热处理过程 采用双齿脉动加载法，加载频率140~ 控制及机械加工等方面与国际先进水平相比有一 150Hz.在短寿命区，采用4级恒定应力水平成组 定差距，因此照搬国际标准IS06336所提供的数 试验法，以拟合疲劳曲线倾斜段方程：在长寿命 据具有很大风险.北京科技大学与南京高速齿轮 区，采用应力升降法，以确定疲劳曲线水平段方 箱厂合作，对国产材料20CNi2MoA渗碳淬火齿 程，从而获得完整的齿轮弯曲疲劳曲线.被试齿 轮进行弯曲疲劳可靠度试验研究，求得这种齿轮 在所有试验齿轮中随机抽取，齿根应力按GBT 在不同可靠下的弯曲疲劳极限应力值，为其可靠 14230一93所规定的方法计算.以轮齿折断或轮 度设计和寿命预测提供了基础数据. 齿裂纹扩展到使载荷下降达10%时为失效判据。 3试验数据统计处理和C一R一S一N 1试验机与试验齿轮 曲线方程的拟合 试验在英国产STRON1603型电磁谐振疲劳 试验机上进行，该机加载精度高，试验数据能准确 试验数据统计处理方法按参考文献[1]和[2]. 显示与记录.试验齿轮为标准直齿圆柱齿轮，按 此外，由于属小样本试验，故在数据处理时考虑 GB/T14230要求设计，m=5mm,z=30,b=14mm. 了置信度，其理论及方法见参考文献[3】.这是本 齿轮制造工艺路线为：毛坯锻造→正火处理→粗 次研究对GB/T1423093的补充和改进 短寿命区4个应力级的轮齿弯曲疲劳寿命如 车毛坯→滚齿→调质处理→渗碳淬火→磨齿（齿 根不磨).其中渗碳温度920~930℃，820℃油淬， 表1所示. 经过检验，4个应力级的轮齿弯曲疲劳寿命 180℃回火.齿面硬度平均值53.3HRC,标准离差 3.67HRC,轮齿心部硬度391~410HV,.轮齿加工 均服从三参数威布尔分布， 精度6GB10095一88，齿根表面粗糙度R.=25m. 长寿命区的应力升降试验情况如图1所示， 材料化学成分和力学性能均符合GB3077一88规 齿轮弯曲疲劳曲线倾斜段的方程式为： mlogorm+logN=logC (1) 定.全部试验齿轮经超声波探伤，无缺陷. 1999-07-12收稿王小群女，39岁，讲师第 2 1 卷 第 6 期 1 9 9 9 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s i ty o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o g y B e ij i n g Vb l . 2 1 N o . 6 D e C . 19 9 9 2 0 C r N iZ M O A 渗碳淬火齿轮弯 曲 疲劳可靠度研 究 王 小群 ` , 卢 梅 ` , 唐 良芬 2 , 史铁军 ` , 崔兴 山 ` , 谈嘉祯 ` , 1) 北京科技大学机械工程学院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 南京高速齿轮箱厂 , 南京 21 0 01 2 摘 要 加 C rN iZ M o A 渗碳淬火齿轮弯 曲疲劳强度 的可靠度试验在英国产 S T RO N 16 03 型电磁谐 振疲劳试验机上进行 . 短寿命 区采用 4 级恒定应力水平 的成组试验法 , 长寿命区采用应力升降试验 法 . 在试验数据基础 _ _ 仁 , 拟合 出完整的 c 一 一天一子一刀 曲线 ,并获得各种可靠度下的弯曲疲劳极限值 . 关键词 渗碳淬火齿轮 ; G 一尺一子一万 曲线; 疲 劳; 可靠度; 置信度 分类号 T H 132 . 4 13 设计渗碳淬火齿轮所需 的弯 曲疲劳极限应力 值 , 在 国标 G B 3 48 0一83 中是照搬 15 0 的数据 , 但 由于 国产材料齿轮在材料冶炼工 艺 、 热处理过程 控制及机械加工等方面与国际先进水平相比有一 定差距 , 因 此照搬国 际标准 15 0 6 3 3 6 所提供 的数 据具有很大风险 . 北京科技大学与南京高速齿轮 箱厂合作 , 对国产材料 20 CNr iZ M o A 渗碳淬火齿 轮进行弯 曲疲劳可靠度试验研究 , 求得这种齿轮 在不 同可靠下 的弯 曲疲劳极限应力值 , 为其可靠 度设计和寿命预测提供 了基础数据 . 2 试验方法和失效判据 采用双 齿脉动加载法 , 加载频率 140 ` ~ 1 50 H z . 在短寿命区 , 采用 4 级恒定应力水平成组 试验法 , 以拟合疲劳曲线倾斜段方程: 在长寿命 区 , 采用应力升降法 , 以确定疲劳 曲线水平段方 程 , 从而获得完整 的齿轮弯曲疲劳曲线 . 被试齿 在所有试验齿轮中随机抽取 , 齿根应力按 G B厅 14 2 3 0一9 3 所规定的方法计算 . 以轮齿折断或轮 齿裂纹扩展到使载荷下 降达 10% 时为失效判据 , 1 试验机与试验齿轮 试验在英国产 S T R O N 16 0 3 型电磁谐振疲劳 试验机上进行 . 该机加载精度高 , 试验数据能准确 显示与记录 . 试验齿轮为标准直齿圆柱齿轮 , 按 G B /T 14 2 3 0 要求设计 , m = s m m , z = 3 0 , b = 1 4 m m . 齿轮制造工艺路线 为 : 毛坯锻造一 正 火处理 一粗 车毛坯一 滚齿一调质处 理~ 渗碳淬火~ 磨齿 (齿 根不 磨 ) . 其中渗碳温度 9 20 一 9 30 ℃ , 820 ℃ 油淬 , 1 8 0℃ 回火 . 齿面硬度平均值 53 . 3 H R C , 标准离差 3 . 6 7 H R C , 轮齿心部硬度 3 9 1 一 4 I OH V S . 轮齿加工 精度 6G B 10 0 9 5一8 , 齿根表面粗糙度 R 乙 = 25 娜 . 材料化学成分和 力学性能均符合 G B 3 0 7 7一8 规 定 . 全部试验齿轮经超声波探伤 , 无缺 陷 . 3 试验数据统计处理和 曲线方程的拟合 试验数据统计处理 方法按参考文献〔l] 和2[ ] . 此外 , 由于 属小样本试验 , 故在数据处理 时考虑 了置 信度 , 其理论及方法见参考文献 【3] . 这是本 次研究对 G B/ T 14 2 3 0一93 的补充和 改进 . 短寿命区 4 个应力级的轮齿弯 曲疲劳寿命如 表 l 所示 . 经过检验 , 4 个应力级的轮齿弯 曲疲劳寿命 均服从三 参数威布尔分布 . 长寿命区的应力升 降试验情况如图 1 所示 . 齿轮弯 曲疲劳曲线倾斜段的方程式为 : m 1 0 ; 听 , lm+ l o gN = l o g C ( 1 ) 19 9 一 07 一 12 收稿 王小群 女 , 39 岁 , 讲师 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 018