殘余應(yīng)力作用下弧齒錐齒輪裂紋擴展仿真分析*

羅家元，李明學(xué)，鄧蒲實

(重慶交通大學(xué)機電與車輛工程學(xué)院，重慶 400074)

0 引言

弧齒錐齒輪具有噪聲小，傳動效率高等優(yōu)點，廣泛用于航空航天、軍用飛機，船舶等大型工業(yè)設(shè)備中。齒輪的5種失效類型當(dāng)中，輪齒斷裂發(fā)生率最大，而裂紋是輪齒發(fā)生斷裂的關(guān)鍵因素，它影響整個齒輪的可靠性和使用壽命。

杜國君等[1]采用ANSYS有限元軟件對20CrMnTi直齒輪進行不同滲碳濃度淬火數(shù)值分析，表明淬火后齒輪殘余應(yīng)力表現(xiàn)為“外壓內(nèi)拉”；高啟林等[2]研究直齒錐齒輪在不同的淬火介質(zhì)下的溫度場于應(yīng)力場的變化規(guī)律；羅家元等[3]研究淬火殘余應(yīng)力對鋁合金厚板裂紋擴展的影響，表明淬火殘余壓應(yīng)力對裂紋擴展起抑制作用；王延忠等[4]采用DEFORM有限元軟件研究不同淬火溫度對輪齒殘余應(yīng)力、熱變形的影響規(guī)律；侯興隆[5]采用ABAQUS有限元軟件對9310鋼直齒錐齒輪進行淬火數(shù)值模擬，采用模具壓力加載方式等方法有效的控制齒輪整體變形量；劉雙等[6]基于ABAQUS軟件研究不同初始裂紋長度下直齒輪齒根裂紋擴展特性；李強等[7]通過FRANC3D軟件研究不同因素下弧齒錐齒輪裂紋擴展規(guī)律，并求解應(yīng)力強度因子，表明弧齒錐齒輪裂紋擴展以張開型為主，且當(dāng)齒頂載荷增大時，不會改變原有裂紋擴展趨勢；裴未遲等[8]采用ABAQUS探究直齒圓柱齒輪的裂紋擴展情況，并求解應(yīng)力強度因子；余洋等[9]基于XFEM研究離心力對直齒輪裂紋擴展路徑的影響規(guī)律；KATO等[10]研究殘余應(yīng)力對裂紋萌生和擴展的影響；……