【摘 要】
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齿轮作为机械设备传动系统的重要组成部件,在加工过程中,通过热处理工艺可以提高齿轮的硬度、耐磨性、抗弯强度、韧性和塑性等力学性能。热处理淬火后形成残余应力,淬火残余应力会影响齿轮啮合过程中的作用力分布规律,甚至可能造成齿轮形成裂纹,因此本文基于淬火残余应力的作用下研究对其齿轮服役性能和疲劳寿命的影响。本文以直齿轮为研究对象,研究在不同淬火冷却介质条件下齿轮淬火残余应力的分布规律;在此基础上,分析淬火
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齿轮作为机械设备传动系统的重要组成部件,在加工过程中,通过热处理工艺可以提高齿轮的硬度、耐磨性、抗弯强度、韧性和塑性等力学性能。热处理淬火后形成残余应力,淬火残余应力会影响齿轮啮合过程中的作用力分布规律,甚至可能造成齿轮形成裂纹,因此本文基于淬火残余应力的作用下研究对其齿轮服役性能和疲劳寿命的影响。本文以直齿轮为研究对象,研究在不同淬火冷却介质条件下齿轮淬火残余应力的分布规律;在此基础上,分析淬火残余应力作用下齿轮啮合过程中的Mises应力、径向应力、弯曲应力等分布规律,并确定危险位置;计算其裂纹尖端应力强度因子,最后对疲劳寿命进行评估。得到如下结论:（1）建立直齿轮几何模型,基于热传导理论,对齿轮淬火残余应力数值模拟分析。发现齿轮淬火后残余应力呈现外压内拉分布规律,最大压应力位于齿根处,最大拉应力位于内圈圆中心区域;对比不同冷却介质下径向应力分布规律,发现冷却速率越快,在热交换面上产生温度梯度越大,热应力也越大;对于直齿轮来说,应该选择冷速相对较慢的冷却介质进行表面淬火,可以有效控制残余应力分布。（2）对比分析有无淬火残余应力下的齿轮啮合过程。可得,两种情况下的最大弯曲应力均位于齿根处;淬火残余压应力可以抵消外部载荷作用力,降低齿根弯曲应力,增强齿轮的抗弯疲劳;淬火残余应力和外部载荷耦合作用下齿轮的危险位置在齿根处。（3）对淬火残余应力作用下的裂纹尖端应力强度因子进行求解。可知,齿轮啮合过程中,疲劳断裂主要受Ⅰ型（张开型）裂纹影响;淬火残余压应力可以抑制裂纹扩展;裂纹夹角30°左右时,裂纹尖端Mises应力最小。（4）在含裂纹的直齿轮疲劳寿命评估中,应力比越小,疲劳寿命越长;在淬火残余应力的作用下可以使齿轮服役周期增加了约15%。
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