D0I:10.13374/j.issn1001053x.1999.06.017 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 25Cr2MoV离子渗氮齿轮弯曲 疲劳可靠度研究 卢梅”陶晋》熊和根2》唐良芬)谈嘉祯) 1)北京科技大学机械工程学院.北京1000832)武汉治金科技大学机械系，武汉4300813)南京高速齿轮箱厂，南京210012 摘要25Cr2MoV离子渗氮齿轮弯曲疲劳强度的可靠度试验是在STRON1603型电磁谐振疲劳 试验机上进行的.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. 对试验结果数据进行了统计学处理，拟合出完整的C一R一S一N曲线并获得各种可靠度下的弯曲 疲劳极限值. 关键词离子渗氮齿轮：C一R一S一W曲线：疲劳：可靠度：置信度 分类号TH132.413 80年代至90年代初，北京科技大学和国内 表面粗糙度R.=40μm.材料化学成分和力学性 一些科研院所曾受原机械工业部的委托，对10几 能均符合GB3077-一88规定.全部试验齿轮经超 种常用材料和优选材料，如25Cr2MoV离子渗氮氨、 声波探伤，无缺陷， 20 Cr MnMoA渗碳淬火、40Cr调质等齿轮的疲劳 强度进行试验研究.结果是各种齿轮的轮齿弯曲 2试验方法和失效判据 疲劳强度均远远低于国际标准IS06336所提供 采用双齿脉动加载法，加载频率为140~ 的数据.诚然，国产材料齿轮因材料冶炼工艺、热 150Hz.在短寿命区，采用4级恒定应力水平成组 处理过程控制及机械加工与国际先进水平相比 试验法，以拟合疲劳曲线倾斜段方程；在长寿命 有些差距，其疲劳强度可能低些，但差距如此之 区，采用应力升降法，以确定疲劳曲线水平段方 大，却是令人困惑的.面临外国齿轮的强劲竞争， 程，从而获得完整的齿轮弯曲疲劳曲线.被试齿 我们与南京高速齿轮箱厂合作，对国产材料 在所有试验齿轮中依次随机抽取.齿根应力按 25Cr2MoV离子渗氮齿轮再次进行试验研究，取 GB/T14230一93所规定的方法计算.以齿轮轮齿 得了令人满意的结果 疲劳裂纹扩展到使载荷下降达10%时为失效判 1试验机与试验齿轮 据. 试验机是进口的STORN1603型电磁谐振疲 3试验数据统计处理和C一R一S一 劳试验机.该机加载精度较高，载荷和应力循环 N曲线方程的拟合 次数可自动显示和记录，试验齿轮为标准直齿圆 柱形齿轮，按GB/T14230的要求设计，模数m= 试验数据统计处理方法按文献[1]和[2].此 5mm,齿数z=30,齿宽=l4mm.试验齿轮的工艺 外，虽然本试验的样本比GBT14230一93规定的 路线是：毛坯锻造·正火处理→粗车毛坯→滚 多1倍，但仍属小样本试验，故在数据处理时考 齿→调质处理→离子渗氮.其中调质后的硬度为 虑了置信度，其理论与方法见文献[3]，这是本次 265~330HBS;离子渗氮温度为520~550℃，时 研究对GBT14230一93的补充和改进.短寿命 间60~70h,渗氮层厚约0.5mm:齿面硬度HV1o 区4个应力级的轮齿弯曲疲劳寿命如表1所列. 为700左右.轮齿加工精度7GB10095一88，齿根 经过检验，4个应力级的齿轮轮齿弯曲疲劳寿命 都服从3参数威布尔分布.长寿命区的应力升降 1999-07-12收稿卢梅女，44岁，工程师 试验情况如图1所示，第 21 卷 第 6 期 1 9 99 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n i v e r s i ty o f S e i e n e e a n d Te e h n o l o gy B e ij i n g V 6 1 . 2 1 N O 一 6 D e C 。 1 9 9 9 2 5 C rZ M O V 离子渗氮齿轮弯 曲 疲劳可靠度研究 卢 梅 ` ’ 陶 晋 ` , 熊和根 2 , 唐 良芬 ” 谈嘉祯 ` , l) 北京科技大学机械工 程学 院 , 北京 10 0 0 8 3 2) 武汉冶金科技大学机械系 , 武汉 4 3 。。 81 3) 南京高速齿轮箱厂 , 南京 21 0 01 2 摘 要 25 cr ZM o v 离子渗氮齿轮弯曲疲劳强度的可靠度试验是在 S T R O N 16 03 型 电磁谐振疲劳 试验机上进行的 . 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 . 对试验结果数据进行了统计学处理 , 拟合 出完整的 C - 五一占一N 曲线并获得各种可靠度下的弯曲 疲劳极限值 . 关键词 离子渗氮齿轮 : C 一左一子 , N 曲线 : 疲劳; 可靠度 ; 置信度 分类号 T H 1 32 . 4 13 80 年代至 90 年代初 , 北京科技大学和 国 内 一些科研院所曾受原机械工业部的委托 , 对 10 几 种常用材料和优选材料 , 如 25 C rZ M o V 离子渗氮 、 20 C r M n M o A 渗碳淬火 、 4 0C r 调质等齿轮的疲劳 强度进行试验研究 . 结果是各种齿轮的轮齿弯 曲 疲劳强度均远远低于 国际标准 15 0 6 3 3 6 所提供 的数据 . 诚然 , 国产材料齿轮因材料冶炼工 艺 、 热 处理 过程控制及机械加工 与国 际先进水平相 比 有些差距 , 其疲劳强度可能低些 , 但差距如此之 大 , 却是令人困惑的 . 面临外国齿轮的强 劲竞争 , 我们与南京高速齿轮箱厂 合 作 , 对 国 产材 料 25 rC ZM o V 离子渗氮齿轮再 次进行试验研究 , 取 得 了令人满意的结果 . 表面粗糙度 R : = 40 林m . 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 . 1 试验机与试验齿轮 试验机是进口 的 S T O RN 1 60 3 型电磁谐振疲 劳试验机 . 该机加载精度较高 , 载荷和 应力循环 次数可 自动显 示和记录 . 试验齿轮为标准直齿圆 柱形 齿轮 , 按 G B/ T 14 2 3 0 的要求设计 , 模数 m = 5 m m , 齿数 : = 30 , 齿宽二 14 ~ . 试验齿轮的工艺 路线是 : 毛坯 锻造 ~ 正火处 理 ~ 粗车毛 坯一 滚 齿~ 调质处理一离子渗氮 . 其中调质后 的硬度为 2 6 5 一 3 3 0 H B S: 离子 渗氮温度为 52 0 一 5 5 0 0C , 时 间 6 0 一 7 0 h , 渗氮层厚约 0 . 5 m m ; 齿面硬度 H V ,。 为 7 0 0 左 右 . 轮齿加工精度 7 G B 10 0 9 5一8 8 , 齿根 2 试验方法和 失效判据 采用 双齿 脉动 加载法 , 加载 频 率为 140 一 1 5 0 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 中依次随机抽 取 . 齿根应 力按 G B/ T 14 23 0一93 所规定的方法计算 . 以齿轮轮齿 疲劳裂纹扩展到使载荷下 降达 10 % 时为失效判 据 . 试验数据统计处理和 曲线方程 的拟合 3N 19 9 一 0 7 一 12 收稿 卢梅 女 , 4 岁 , 工程师 试验数据统计处理 方法按文献 【l] 和 2[ ] . 此 外 , 虽然本试验的样本比 G B/ T 14 23 0一 93 规定 的 多 1 倍 , 但仍属 小样本试验 , 故在数据处理时考 虑了置信度 , 其理论与方法见文献 【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 1 所列 . 经过检验 , 4 个应力级 的齿轮轮齿弯 曲疲劳寿命 都服从 3 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 , DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 017