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金博宝问题
金博宝
体积20,号码6,2019年
货号 626
页数) 16
DOI https://doi.org/10.1051/meca/2019064
网上发布 2019年12月02

©G. Vouaillat等人,通过EDP科学出版2019

许可协议Creative Commons
这是一个开放存取文章在Creative Commons署名许可的条款分发(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0),其允许在任何介质无限制地使用,分发和再现时,所提供的原始工作正确的引用。

1引言

正齿轮的传动航空箱主要成分。飞机系统的正确运行是直接取决于其传输操作状态的。然而,这些部件的概念或制造近似值可能会导致部件故障,微点是最经常之一。我ñŤhe literature, micropitting occurs for rolling-sliding contacts and is characterized by typical 10 μm length and depth pits [1- - - - - -5]。

此外,OILA在[指出6通过双盘实验研究,得出了影响这一特殊失效的七个因素。其中,压力、粗糙度、摩擦和滑辊比占主导地位。最近,RYCERZ [7]还确定滑动到辊比作为主要影响者在微点发生,特别是在粗糙的微接触应力循环。这种粗糙应力历史是突出作为一个微点蚀准则的潜在基础。因此,本研究实际上集中在第一上面介绍的影响因素,并且在剪切应力的基于微点蚀准则然后。

在所有之前引用的研究中,微点蚀通常被描述为润滑膜减少和材料表面由粗糙表面处理产生的过度应力的综合结果。由于本文忽略润滑以限制影响参数,为了正确模拟失效现象,需要精确描述接触微观几何和材料微观结构。

对于素材,SADEGHI的工作团队专注于某些特定轴承的颗粒状描述或齿轮钢中[8- - - - - -10]。从典型的轴承或齿轮钢奥氏体晶界被表示。对于微观表现同样值得关注的是带来了这项研究。

关于接触,莫拉莱斯在[11[英语泛读材料在计算中考虑粗糙表面的不同方法。他自己的贡献是基于格林伍德和约翰逊的研究[12],并由半解析方法处理复杂的粗糙度轮廓。通过对这些剖面的傅里叶分析耦合到一个瞬态解,莫拉莱斯在[13- - - - - -16复杂粗糙接触面的压力场计算。应用于滚动轴承或齿轮,这些计算的压力场是随着接触沿特定几何图形移动的时间变化的。以后将使用这样的模型来完全模拟粗糙接触齿轮。因此,滚动接触疲劳的估计可以通过标准或应力分析来实现,如[17]。

所以,本研究的最终目的是模拟和理解的几个影响因素的个体和组合的影响(中间压力,粗糙度,摩擦和滑动滚比)上微点,用于接触正齿轮的成核。在基于文献的模型进行详细介绍用于在第一种方法的平滑接触。由耦合到代表工业齿轮特异性的时间演变的压力场计算该材料的微结构引入的主要贡献是显着引入。然后,粗糙的接触与影响因素方面考虑,以最终模拟真实的接触正齿轮。

2模型描述

2.1介绍

建立了一个数值方法来解决不同参数对齿轮表面寿命的实际影响。该模型分为三个部分图1。首先,给出了分析过程中需要用到的所有输入参数。在此基础上进行了接触体的宏观几何和微观几何的压力场计算。利用这些场作为有限元分析的边界条件。最后,通过NOYEL [18,19]。模型的建立和计算的细节将在后面进行说明。

缩略图 图。1

模型组织结构图。

2.2模型基础

根据NOYEL [19]来代表基本齿轮材料中观察到的典型奥氏体晶界。这种特殊的几何结构在图2。谷物生成数值在这个模型(晶粒取向是随机组)和它们的大小(25μm)选择符合一般工业装置核心颗粒的长度(20.]。等效ASTM晶粒尺寸[21] 差不多GASTM = 7.

几何形状的经典网状获得有限元模型(FEM)。晶粒边界(GB)也与内聚单元啮合,以允许沿着这些GB的应力计算。平面应变假设被施加为FEM。该模型为界,三面的摩擦支持。

缩略图 图2

模拟#0的静态赫兹压力场和相应的无量纲Tresca应力场的说明。

2.3中心静压场的研究

当考虑两个表面之间的基本接触而不考虑任何粗糙度、微观几何形状或切向效应时,应用赫兹理论[22]。因此,方程(1)(2)用于干式管线接点。(1)(2)

沿面法向压力场的计算方法如下式所示(3)并应用在上面的网格几何图2(3)

该平面应变问题特雷斯卡等效剪切应力中得到金博宝图2在有限元分析(FEA)与数值数据从模拟#0,如所示表格1。等效应力是无量纲的(由赫兹压力的值p0)。此外,对于无量纲特雷斯卡应力文献古典0.3值被发现为在#0(模拟线接触,在显示在特雷斯卡应力场彩条图2)。

从这些静态和中心压力和应力场,仅基本疲劳标准可以被应用。例如,用微屈服剪切应力与从LAMAGNERE [20μdef的塑性应变的比较23] (915 MPa for a 100Cr6 bearing steel) can be commonly used. Thus, Tresca maximum shear stress is computed and compared to the yield stress limit in the whole material. A higher value corresponds physically to a dislocation creation which is linked to a plastic strain.

表格1

表的模拟。

3 .学习的顺利接触

是否的材料内部产生的损坏现象的更精确的描述是想要的,需要通过负载在表面上的的计算。因此,使用来自NOYEL启发前面提到的模型。在第一种方法的平滑接触被认为。

3.1通过表面的光滑接触

对于一个光滑的赫兹接触,每一步的压力场通过方程再次计算(3)。但与以往的模拟相比,在网格几何上方的不同连续位置施加压力场来模拟荷载通道。在这一步中,模型中没有考虑摩擦和滑动。

然后沿每个晶界(GB)计算平均剪切应力(或粒间剪切应力ISS)。GB由几个内聚元素组成。因此,国际空间站被估计为平均的剪切应力沿这一国标的每个粘性元素。这样,对于每GB的颗粒几何,就可以对ISS随时间的演变进行完整的模拟。所有计算详情载于[19]。

一个振幅ΔΤ的ISS变化然后计算。这种计算是疲劳准则估算的基础。对于每个GB获得该标准中,最严重的一个被隔离并且其值成为整个仿真的一般准则。ΔΤ用最小-最大法,即检测剪切应力的两个极值来估计。所以,GBΔ的最大价值Τ分离并其ISS的位置和评估给定为的结果。

ΔΤ1对于模拟,#1给出在图3。它相当于一个光滑的接触,没有任何表面剪切应力或滑动效应。所有的模拟结果将在这篇文章中相对于参考模拟1给出。

疲劳判据根据文献[24]并表示为在S-N曲线图4。用直线模拟这种S-N曲线直接给出的剪切应力幅度和周期的疲劳中的数量之间的关系(4)(4)

这些常数是变量和材料性质的函数,如式所示(5)(24]。(5)

然后,制定(6)直接从计算中分离出疲劳循环的次数ñ一世。无量纲版本如下(7)(6)(7)

所有材料参数(σ[R)在RAJE的著作[1]。从经验的角度来看,这个GB对应于材料中第一个微裂纹的位置。

其他两种模拟已进行过赫兹压力的变化,以验证疲劳标准的正确演化p0。因此,模拟#1'具有最大压力P马克斯等于0.84(低于#1)。模拟#1“有P马克斯的3.63(高于#1)。还可以看出这些值已被选定为最大(对于3.63)和最小(对于0.84)的值P马克斯这将被用在其他所有的模拟中。所以,# 1′和# 1′Δ被定义为极端边界ΤN对于具有相同的输入参数即模拟从#0到#10(比照1选项卡。)。

因此,P马克斯减少在# 1′(分别增加# 1′),ΔΤ1 '在计算图3小于ΔΤ1(和ΔΤ1′大于ΔΤ1]。这导致了#1 '增加[分别减少#1 ']的寿命开始疲劳。微裂纹每次在材料的赫兹深度(cf。1选项卡。图7)。因此,关于最大压力的演化,疲劳准则的演化与期望是一致的。

缩略图 图3

接触压力的影响和光滑的牵引系数变化联系在国际空间站,ΔΤN结果。

缩略图 图4

)完全反向扭转曲线[1]。

缩略图 图7

说明微裂纹的成核位置为光滑接触。

3.2摩擦系数的插入

下文将研究切向分量的插入影响。当需要对接触齿轮进行完整的仿真时,滑动和摩擦是需要考虑的两个主要参数。

对于光滑的接触和摩擦与滑动之间,只有摩擦才会影响疲劳的结果。滑动实际上对两个接触面以上的局部微几何形状的位移没有影响,因为它们不存在。模拟3给出了摩擦对光滑接触的单独影响。这些仿真参数的详细信息显示在表格1

的表面剪切应力计算为正常一个用于每个步骤的产物和牵引系数μ。牵引系数取最大值0.1。对于润滑接触,这样的值是高的,而与典型的边界状态相对应。假定在滑动过程中不存在微滑移,只发生全滑移。根据滑动方向,牵引系数有正负号。这个公式详细地用公式表示(8)(8)

ISS和微裂纹成核的循环数如式所示图3和与参考之一。最强调晶粒边界(GB)位于既为模拟#1和#3中的材料的深度(Z= 0.5图71选项卡。)。

就结果而言,比较曲线的# 1和# 3给出了一个非常有限的影响表面剪切应力在空间站的价值:全球Δ的价值T几乎没有修改。三号空间站的轻微左移与受损的英制空间站的位置有关。这个在左手边,与1号损坏的GB相比。因此,来自#3的GB比来自#1的GB更早被强调。此外,向底部的轻微移动直接与表面剪切应力的插入有关。该分量对整体应力场的贡献是恒定的。

最后,循环疲劳引发的数量几乎没有改变。所以,没有大的变化可以从一个表面剪切应力的插入可以观察到在光滑接触的恒定牵引系数。

表面上方3.3负载变化

正齿轮理论的引入意味着两个接触面之间的直线接触。由于齿轮的宏观几何是从一个渐开线上实现的,所以等效曲率半径将沿齿轮作用线演化。同样,啮合齿数也随齿轮参数的变化而变化。因此,正常载荷直接受到影响。齿轮几何参数的变化影响着齿轮的牵引系数、速度等参数。

一个例子,这些不同的变化,为一个顺利的接触是说明在图5参阅载于表2

需要注意的是,所有的仿真齿轮参数(除了仿真13号)都是用来模拟结果参数在节点I附近的对称行为。

三种不同的情况下被隔离在前面的图。对于这个特定的研究,它们对应于将要分析三个不同领域。前面介绍的参数将演变研究区的功能。上的齿轮动作线,这些区域被选择为对应于啮合的特定点和损坏现象或动力学可能从一个区域到另一个发展。这些区域定义为:

  • A周围区域:进近接触点。这个区域分析将在模拟中被索引为#i_A。

  • 附近的区域:无滑动节点的滚动,索引为#i_I。

  • 附近的区域B:隐式接触点索引为#i_B。

这三个部分进行了系统保持比较上的齿轮齿的位置之间的结果。这些部分标识符的全球目的是潜在地识别用于一个完整的齿轮模拟中,齿顶,齿根或节距点之间的疲劳引发差。

根据所分析的区域中的输入参数的修改将会对接触的直接影响和损坏先前参数作为滑动速度,负载或者例如表面剪切应力提及。因此,赫兹压力从正常负载尤其计算和等效曲率半径沿着齿轮作用线发展。

在仿真6中研究了正常负载变化的影响。接触又是一个光滑的接触,这里只研究正常载荷的演变。国际空间站的变化在图6。参考#1模拟的结果和这三个方面的结果都显示在这里。应力和疲劳开始的循环数也可以在图上找到。

关于俯仰点周围的区域,国际空间站的演变和周期数在#6_I和#1之间是相等的,因为从#1开始的参数被特意选为与#6俯仰相同的参数。

在接近点和凹槽接触点附近的输入法向载荷较低,在这些区域的最大赫兹压力也比在俯仰点时小。因此,ISS变化越小,微裂纹成核的周期数越高,可以直接得到解释。与上述方法相同,A(分别围绕B)附近的晶界(GB)较位于左侧(右侧),但与纵距处的晶界(GB)深度相同。所以国际空间站的微小变化是可以解释的。

因此,正常负荷的变化导致A和B附近的寿命延长,因为施加的正常压力较低。与#1中单独的赫兹接触点相比,可获得I周围的等效寿命。研究还表明,载荷变化分析对疲劳判据的影响是相关的,但对这种特定的齿轮几何形状的影响是有限的。所有微裂纹位置均表示为图7

缩略图 图5

最大赫兹压力进化的演变中,牵引系数,速度和沿着其相应的压力场通道作用线三个研究区的识别。

表2

对称齿轮特征。

缩略图 图6

齿啮合的数量和用于在ISS,Δ的平滑接触的摩擦系数演变的影响ΤN结果。

3.4完全平滑接触

为了模拟一个完整的齿轮平滑接触,设置了仿真7号。综合考虑了正常载荷变化和非恒定牵引系数的影响。这个典型形状的牵引系数是由DIAB的工作计算出来的[25]并且在示出的图5。我Ť一世小号一世ñcluded on the chosen sections in the following ranges:± [0.083; 0.1] (around the addendum and dedendum) and [–0.05; 0.05] (around pitch point). At the exact position of the pitch point, the value is null but increases rapidly around (cf。图5)。它的结果是相当高的牵引系数接近点I。

所有的ISS和循环疲劳结果数量都为#7中图6图7是说明材料中微裂纹成核位置相对于参考点之一。

在接近点和凹槽点周围,各自的国际空间站被移动到图的顶部[和底部]。这是牵引系数引入符号的直接结果。然而,全球ΔΤN一世值是模拟#6和#7的周围A和B.因此,牵引系数和正常负载进化合并不影响这个模拟平滑接触的疲劳寿命之间保持不变。相比#1的结果中,只有负载演变影响材料内部的全球应力及其导致的疲劳寿命。在起始位置而言,微裂纹核靠近表面(cf。图7),因为在相应的模拟中,正常载荷的值最小。

绕俯仰点,模拟的结果之间的非常低的差#1,#6和#7确认结论以上描绘。

3.5初步结论

通过对光滑触点的模拟,测试了表面剪切应力的影响和正常载荷的变化。载荷的幅值直接影响材料的应力和疲劳萌生的循环次数。对于摩擦系数,结论是不一样的。这确实表明,疲劳结果只是轻微的,甚至没有修改引入表面剪切应力。图8总结了所有的模拟运行的顺利接触和后续的结果(循环次数到疲劳和国际空间站)获得。因此,参考文献1周围的仿真组证实了前面描述的结论。

缩略图 图8

结果对Δ几个参数的影响ΤN值与光滑的接触。

粗糙接触的研究

当需要一个更真实的经典曲面接触表示时,需要引入一个粗糙的组成部分。表面微观几何确实在文献[7,26,27]作为主要参数来考虑,以便正确地预测微点蚀。这样,正弦粗糙度几何形状(一个频率1 /λ)准备好了[28]。在粗糙度轮廓所作的近似在第一种方法是服务结果的正确分析。因此,方程(9)分别描述了这个几何与Amp和Λ信号无量纲振幅和波长。(9)

从约翰逊[启发29],计算所得的压力场可于[28多亏了约翰逊的参数。(10)然后确定两种不同的情况。

1.χ<1:连续压力场

压力场是连续的,压力的粗糙分量可以直接从方程中计算出来(11)(11)

2.χ> 1:不连续的压力场(比照图9)

压力场是不连续的和压力的粗组分也直接从等式计算(12)(12)

最终得到各时间步长的赫兹压力场与计算出的粗糙分量的直接叠加的全局压力场。

4.1基本粗糙接触

作为用于平滑接触,在表面上的全局负载通道被划分成的时间几个步骤。对于在粗糙的接触每个步骤中,粗组分被认为是固定的(为纯滚动条件),并且仅产生的赫兹分量移动(相对于参考坐标系)。然后将所得的全球压力场被计算用于单独的每个步骤。

模拟#2已经设置为代表一个基本的粗糙接触没有滑动或切向影响。对应的压力场通道表示为图9。在图中,粗糙度确实是相对于颗粒几何形状固定的,并且增加了赫兹压力来表示全球的法向压力。

在应力的观点出发,等效特雷斯卡应力也示于图9。与#0和#1的应力相比,粗糙度的引入使得最大应力更接近表面。的值Z这两个模拟都在表格1图16伴随着这种分析去。的ISS变化和循环疲劳成核的数量尤其是与该模拟改性如图图10

因此,引入粗糙度产生更多的损害,并以较低的循环次数大于孤赫兹接触并在该材料的紧密地下。的ISS形状与最大应力在材料中的区域的位置进行说明。应力海拔对应于时刻的全球压力传递刚过GB。该值保持自粗糙度相当恒定不动(无滑动发生在这里),直到粗糙超压更进一步比GB。

缩略图 图9

模拟2的粗糙接触在有限元模型上的通过与Tresca无量纲应力场相关的说明。

缩略图 图10

影响牵引系数的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

4.2粗糙接触中的摩擦

与光滑接触相同,为了充分模拟接触齿轮,摩擦和滑动是需要考虑的两个主要和相关的参数。在仿真4中,首先引入了恒牵引系数。然后,仿真#8显示了可变牵引系数对不同齿轮节的影响。之后将研究滑动的影响。

同样,计算切向分量的方法与计算光滑触点的方法相似。方程(8)显示使用的配方。4号试验获得的ISS曲线及其从疲劳开始的循环数在图10

Δ的小修改T在2号和4号之间。由于损伤的GB在两个模拟中(位置和方向)几乎是相同的,所以引入具有恒定牵引系数的表面剪应力会对粗糙接触产生轻微的剪应力增加。疲劳开始的周期数直接受到影响,从2号到4号的寿命也同样缩短。然而,修正太小,不能得出结论,表面剪切应力对引发和寿命有重要的影响。

通过仿真#8考虑接触齿轮时,已经证明接触参数在齿轮作用线上的位置上起作用。因此,前面介绍的三种齿轮节(齿根、节距点和齿根)被用来描述影响参数的不同疲劳行为函数。

结果显示为在三个齿轮部分进行类似的(图10)。首先,进近点(A点)与凹穴点(B点)之间的牵引系数值相等,且符号相反。这解释了观察到的类似结果。俯仰点周围的牵引系数较小。这解释了在ISS和疲劳循环数方面的结果与在#2中得到的结果相似(没有任何牵引系数)。此外,A和B附近的牵引系数从0.1开始递减,可以解释与仿真4结果的差异。

最后,在萌生位置上,材料近表面微裂纹成核,如图所示图16。粗糙度引起的应力增加解释了这一结果和未修改的起爆深度。因此,从这些模拟中,几乎没有观察到牵引力系数演变对粗糙接触疲劳微裂纹萌生的影响。

4.3粗糙触点滑动的影响

滑动然后在模拟#5中引入(没有任何切线效果在这里)。两个时间步骤之间,在滑动的压力字段作为正弦粗糙度的位置偏移被设定(Δ小号中定义的图11)。赫兹分量的移动方式仍然与前面介绍的相同。

通过数值模型计算的国际空间站呈现出与之前的模拟结果非常不同的形状图12。观察到一些应力振荡。它们是由连续的粗糙度峰值通过初始化GB产生的。国际空间站形状的这种变化将直接影响疲劳判据,应该考虑到RYCERZ在[8]。因此,方式ΔΤ为了考虑材料中所有的损伤现象,对其进行了修正。

因此,雨流算法设置,以适应这些新的ISS的形状。该算法在描述30.]。该原理允许半桥和全周期中的随机信号检测。所有周期波形信号的局部极值是孤立的这种方式。

振荡数检测对应于由损坏GB看出粗糙峰的数目,并且可以分析计算。要做到这一点,时间ΔŤ对于材料表面的一点,可以看到整个接触以滑动速度通过V滑动被认为是在方程中描述的(13)。对应的距离是接触宽度(13)

两个接触体Δ期间分别移动Ť由一个距离Δ小号1和Δ小号2中描述方程(14)以各自的速度ü1ü2(14)

相对无量纲Δ滑动转变年代然后计算为(15)由所考虑的点所观察到的振荡次数,可以推导出所考虑的点所观察到的振荡次数(16)(15)(16)

速度值直接取决于滑滚比。它被固定在模拟#5的第一种方法中。因此,所有的关联参数都是常数,它们的变化将在以后进行研究。方程的解析数据(17)(与数值数据示于1选项卡。)确定在六种振荡的数值模拟中发现的模拟5中粗糙峰的数量。(17)

两个ΔΤ结果中给出了仿真#5图12。它们对应于两种不同的极值检测方法得到的应力变化。ΔΤ5,第由前文所述的最大最小检测方法给出。这个值是Δ相比Τ5,重针对振荡ISS获得的等效应力变化。ΔΤ5,重计算方法如下:

  • 使用rainflow算法估计每个GB的振荡总数(每个极值在图12通过一个完整的圆)

  • 对于每一个振荡在每GB,当地ΔΤI,J(一世是模拟的指标Ĵ振荡一个),估计与所述最小值 - 最大值方法

  • 全球循环数N我,再保险然后用方程计算(18)

  • 最后,相当于ΔΤ我,再保险是获得N我,再保险和方程(7)

(18)

这些结果表明,用rainflow方法对初始化进行了重要的改进。当考虑了所有的振动时,国际空间站获得的结果更高,但当考虑到疲劳的周期数时,这种差异更重要。寿命确实显著缩短(大约10倍)。

通过前面解释的位移,引入了滑动对粗糙接触压力的影响。在模拟#5中,施加恒定的滑滚比。然而,接触齿轮模拟需要这个参数的演变和由此产生的计算位移。根据每个物体各自的速度和滑动比,从一个齿轮节到另一个齿轮节的这种位移可以是正的,也可以是负的。由于齿轮的几何关系(cf。图13)[31],每颗牙齿的位移可计算为:(19)

毫米两个连续时间步之间的齿轮作用线上的距离,T1T2在所考虑的步骤M.相切(与基圆)分别齿轮1和齿轮2和该点的点之间的距离Rb1Rb2是每个齿轮的基圆半径。Δ小号1和Δ小号2是否对固定的值进行移位计算MM'对于每一个齿轮。这些值被插入到压力计算中,以获得如中所述的最终滑动字段图11

因此,模拟9研究了牵引系数和滑滚比组合变化对材料疲劳寿命的影响。图12根据国际空间站和疲劳循环次数给出结果。

关于节点周围的结果,ΔΤ9 _i略低于Δ吗Τ2,模拟一个独特的粗糙的接触。的ISS变化直接连接到在小的速率甚至滑动的存在。在该节点的滑动率的符号变化确实是这种压力的变化减少的直接原因。所以,循环疲劳的数量的影响和位比孤粗糙接触小。

在方法和休息点A和B,ΔΤ9 _a和ΔΤ9 _b几乎类似于ΔΤ5。因此,在疲劳寿命开始的方面的结果非常接近那些三种模拟。鉴于此,摩擦具有相同的影响有限如在光滑接触和滑动率清楚指定为对疲劳寿命的影响最大的一个参数。有关微裂纹的位置,图16表明它们也在物质的近表面开始。

缩略图 图11

详细介绍了滑进计算压力场的方法。

缩略图 图12

影响滑动率的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

缩略图 图13

啮合齿轮的几何图形说明。

4.4完全对称粗糙接触

最后与对称齿轮数据,仿真#10被设置为与所有的影响参数(粗糙度,滑动速度,牵引系数和正常负载放出)。

给出了应力演化和寿命的计算结果图14。围绕节点我的结果是相似的,没有任何负载变化之前获得的。由于这种变化围绕这一点非常有限,在应力没有差别是观察到的,疲劳寿命是严格相同的。微裂纹的位置保持不变。

在点A和点B附近,引入了正态载荷演化,观察到不同之处。与单独的粗糙滑动模拟5相比,确实观察到更少的振荡。这种现象可以用啮合齿数来解释。在节点处只有一颗齿啮合,在进路和凹槽处有两颗齿啮合。因此,法向载荷减小,接触半宽度减小为载荷和等效曲率半径的函数。

由受损GB看到步骤的全球数量直接还原和振荡的数量的影响。与方程的数值数据(20)和理论公式(13)- - - - - -(16)在模拟中发现了#10_A和#10_B的振荡(取由齿轮几何形状产生的变量参数的平均值)。(20)

因此,ISS为这两个模拟三个和四个振荡之间包括如图中图14。精确值取决于在材料中的GB位置相对于接触内部的粗过应力峰值位置。

观察到的差异N10 _aN10 _b来自注意到在ISS围绕凹槽点B.因此附加振荡,所述GB大于在点A强调在B点和周期的数量的影响。这种现象是围绕A和B.因此,组合的滑动和摩擦系数的相反方向的结果,疲劳会潜在地发起较早围绕B(其对应于齿齿根)比在其它部分。但是这两个部分结果之间的差异小,并且不能代表的滑动侧倾方向的影响。这一点在结论中讨论。

缩略图 图14

影响滑动率和牵引系数演进的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

4.5完全不对称的齿轮毛坯几何

最后,非对称齿轮在模拟#13集。相关的参数在呈现表格1并从一个FZG-C齿轮启发[32]。数值结果进行比较,以实验值。因此,驱动齿轮的所有部分都模拟,以便调查和潜在的突出疲劳寿命差异。循环疲劳的相关联的ISS和数量都图15。再次计算了方程中两个极端截面的ISS振荡数(21)(22)。由于齿轮几何形状引起的局部速度变化,结果用方程表示。(21)(22)

在俯仰点周围,国际空间站的形状与对称齿轮的形状相似。本节中有限的滑动速率只会产生递增-递减的行为。第一个分别的微裂纹开始在近表面,后者(在循环次数到疲劳)比接近和凹槽点。

在A点,当在b点周围观测到9个振荡时,国际空间站出现了略多于5个的振荡。这实际上与分析结果相一致。这种差异与齿轮几何形状造成的各部分之间的速度变化有关。因此,考虑传动装置在A点周围的齿根和齿顶在B点。速度沿齿廓齿顶高的,移动的距离产生的滑动在休会B点高于在同一时间点的方法。根据方程(16),更多的震荡,预计在模拟#13_B。

此外,13_A的全球国际空间站振荡幅度大于13_B。所以,尽管更多的振荡在B点,Δ等效应力变化Τ13 _a高于ΔΤ13 _b。将得到的疲劳寿命至起始得到早些时候在齿轮齿齿根微裂纹形核。图16同时表明,由于表面粗糙度的引入,微裂纹的位置仍然靠近表面。

这一数值结论可与[32]。作者确实研究了FZG-C型齿轮的微点蚀起爆,发现失效优先发生在齿根处。因此,对驱动齿轮齿根周围的早期起爆模拟是微裂纹扩展后损伤的第一步

缩略图 图15

研究一个完整的非对称齿轮:牙齿演化的数量的影响,滑动速率和一个粗略的接触国际空间站的牵引系数,ΔΤN结果。

缩略图 图16

微裂纹的图示粗糙接触的成核位置。

5的结论

因此,本文提出了一种面向疲劳分析的有限元模型。它是基于对标准粒状钢微观结构的耦合模拟和代表表面微几何的随时间变化的接触压力场。同时考虑了表面粗糙度、载荷变化、牵引系数和滑动速率等因素的单独和综合影响。从晶界处的粒间剪切应力计算出发,推导出材料的疲劳寿命。

所有提出的粗糙模拟和他们的结果(ISS和循环数到疲劳)总结在图17

本研究得出的最具优势的结论是:

  • 所有关于节点截面的结果都表现出与最简单参考文献相似的应力和疲劳行为。因此,对于光滑接触,采用固定的赫兹压力场的经典计算是合适的,以便在任何影响参数(粗糙度除外)的情况下研究该截面的疲劳分析。对于只有固定粗糙压力场的粗糙接触,其结论是一致的。

  • 甚至以高速率的牵引系数的疲劳微裂纹既不光滑也不粗糙接触的成核没有重大影响。

  • 上的材料的疲劳寿命的最影响因素是接触压力。在研究中模拟的负载变化已经显示出直接修改计算出的压力场,链接的应力和疲劳标准。在齿轮的几何形状设计的控制是需要考虑到在宏观尺度这种效果。从微几何参数所产生的过压必须与表面光洁度的改进来调节。OILA已经通过实证研究给出了相同的结论[7]。

  • 利用该模型进行了典型的齿轮损伤仿真。啮合齿轮的不同部分通过其参数的演变来表示。研究结果清楚地表明,齿根处的微裂纹形核与齿根处的微裂纹形核之间存在疲劳寿命差异(超过一个数量级),这是由于两部分齿轮的几何特性造成的。这些结果与马丁斯的相关[32]。

  • 滑辊比也是疲劳微裂纹形核的主要影响因素。当与粗糙接触相联系时,两个接触面之间的相对运动产生应力振荡。这些附加的局部应力循环加剧了材料的损伤,显著降低了材料的疲劳寿命。该研究表明,例如,在简单的粗糙接触和没有滑滚比的情况下,微裂纹成核的循环数减少了两个数量级。它证实了RYCERZ在[8]。

通过RYCERZ中所强调的差8在小范围内也观察到负的滑滚比比正的触点具有更短的疲劳寿命。然而,这一现象在文献[33,34作为微裂纹扩展的一部分,而不是它们的萌生。所以这里得到的结果不能解释之前的结论。这是本研究的一个潜在的发展方向。

缩略图 图17

结果对Δ几个参数的影响ΤN具有粗糙接触的值。

命名法

一个:接触半宽度[m]

amp:粗糙度振幅[m]

安培:粗糙度的无量纲振幅

b:齿轮宽度[m]

δ:最大变形[m]

E一世:体的杨氏模量一世(Pa)

E:等效杨氏率[Pa]

FN:正常荷载[N]

l模型:有限元模型上荷载通道长度(FEM) [m]

0:齿轮正常模块[米]

,σ[R:材料参数形式强度衰减(Ø)和(Pa)

ñ一世:疲劳循环次数:首次微裂纹成核

ñREF:周期数疲劳用于参考仿真

N一世:仿真周期数一世向参考文献报告

N振荡:局部振荡的晶间剪应力图号

p0:赫兹压力[Pa]

p马克斯:最大压力[帕]

P马克斯:无量纲最大压力

PN,合计:无量纲总正压

PT,合计:无量纲总表面剪应力

Δp:压力的粗糙峰值[Pa]

ΔP:无量纲粗糙压力峰值

R:体的曲率半径一世在轧制方向上X[米]

R:体的曲率半径一世在齿轮宽度方向上ÿ[米]

RX:在等效曲率半径X方向[米]

Rÿ:在等效曲率半径ÿ方向[米]

R:等效曲率半径[米]

T0:输入转矩[N m]

Z一世:小齿轮齿数一世

Δs一世:微观驱从主体的滑动造成一世

ΔS:滑动引起的全球微观位移

Δt:接触点通过材料固定点的时间[s]

Δτ一世:模拟的粒间剪切应力(ISS)变化一世(Pa)

ΔτREF:参考ISS变化[Pa]

ΔT一世:模拟的无量纲ISS变化一世

ü一世:身体的速度一世[多发性硬化症]

V滑动:齿轮滑动速度[米/秒]

X:触点在(O,X,ÿ)[m] .

X:无量纲位置在(O,X,ÿ)

ž马克斯:最大深度τXY[米]

Z马克斯:无量纲深度τXY最大

α0:齿轮压力角[°]

χ:约翰逊的参数

λ:正弦粗糙度波长[m]

Λ:无量纲粗糙度波长

ω:齿轮输入转速[rpm]

ν一世:泊松体系数一世

参考

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引用这篇文章: G. Vouaillat, J.-P。从赫兹接触到正齿轮:应力与滚动接触疲劳分析,力学与工业金博宝20.626 (2019)

所有的表

表格1

表的模拟。

表2

对称齿轮特征。

所有的数据

缩略图 图。1

模型组织结构图。

在文本中
缩略图 图2

模拟#0的静态赫兹压力场和相应的无量纲Tresca应力场的说明。

在文本中
缩略图 图3

接触压力的影响和光滑的牵引系数变化联系在国际空间站,ΔΤN结果。

在文本中
缩略图 图4

)完全反向扭转曲线[1]。

在文本中
缩略图 图7

说明微裂纹的成核位置为光滑接触。

在文本中
缩略图 图5

最大赫兹压力进化的演变中,牵引系数,速度和沿着其相应的压力场通道作用线三个研究区的识别。

在文本中
缩略图 图6

齿啮合的数量和用于在ISS,Δ的平滑接触的摩擦系数演变的影响ΤN结果。

在文本中
缩略图 图8

结果对Δ几个参数的影响ΤN值与光滑的接触。

在文本中
缩略图 图9

模拟2的粗糙接触在有限元模型上的通过与Tresca无量纲应力场相关的说明。

在文本中
缩略图 图10

影响牵引系数的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

在文本中
缩略图 图11

详细介绍了滑进计算压力场的方法。

在文本中
缩略图 图12

影响滑动率的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

在文本中
缩略图 图13

啮合齿轮的几何图形说明。

在文本中
缩略图 图14

影响滑动率和牵引系数演进的一个粗略的接触国际空间站,ΔΤN结果。

在文本中
缩略图 图15

研究一个完整的非对称齿轮:牙齿演化的数量的影响,滑动速率和一个粗略的接触国际空间站的牵引系数,ΔΤN结果。

在文本中
缩略图 图16

微裂纹的图示粗糙接触的成核位置。

在文本中
缩略图 图17

结果对Δ几个参数的影响ΤN具有粗糙接触的值。

在文本中

当前使用度量显示了文章视图的累计计数(根据可用数据,全文文章视图包括HTML视图、PDF和ePub下载)和Vision4Press平台上的摘要视图。

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