20crmnmo齿轮齿根残余应力理论及试验的研究

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1、TheoreticalandExperimentalResearchesof20CrMnMoGearRootResidualStressesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByChenYiSupervisedbyProf.ChenBingkuiSpecialty:MechanicalManufacturingandAutomationCollegeofMechanical

2、EngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2013重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要齿轮作为一种重要的机械传动零件，广泛应用于制造装备业的各个领域。随着科学技术的发展，对齿轮传动高强度、高效率、高可靠性的需求日益增强。齿轮疲劳作为齿轮的主要失效形式，严重影响着齿轮传动性能和使用寿命。喷丸作为一种金属表面冷加工技术，常应用于齿轮表面处理。目前，国内外研究者主要以齿轮喷丸强化工艺与喷丸后齿根残余压应力为研究重点，但忽视了残余压应力对齿轮性能的影响。少数研究者虽然对喷丸处理后残余压应力对齿轮性能

3、的影响给出过一些定性的结论，但是缺乏具体试验数据的支持。本文主要从齿轮齿根残余应力检测入手，以20CrMnMo渐开线齿轮为研究对象，通过理论分析、数值仿真、试验验证等手段，对喷丸工艺、残余压应力以及弯曲疲劳强度三者的内在关系进行研究。研究内容主要包括：①基于残余应力检测原理，结合试验对象的特点，选定了X射线固定法作为本次试验的检测方法。②选用同种规格两组20CrMnMo齿轮，一组作喷丸强化处理，另一组不作处理进行对比分析。分别采用固定法、固定法对现有分组齿轮进行检测，分析0结果表明固定法测量数据准确性、可靠性均优于固定法。0③对比分析喷丸

4、组及未喷丸组齿轮齿根残余压应力的检测结果，获得了喷丸强化能提高残余压应力水平的可靠数据，论证了喷丸强化与残余压应力之间的关系。④针对试验齿轮的喷丸工艺，基于通用有限元分析软件ANSYS，对实际喷丸过程进行了模拟；探讨影响喷丸齿轮残余压应力的若干因素，研究了弹丸速度、弹丸直径和覆盖率与喷丸后残余应力间的关系，提出提高齿轮齿根压应力的若干思路。⑤基于成组法和阶梯法分别对经喷丸处理及未喷丸处理的两组齿轮进行疲劳强度试验。在电磁谐振疲劳试验机上进行4个应力级的测试处理，并拟合不同齿轮组的P-S-N曲线。通过试验数据的对比，结合残余应力检测结果，论证了残余压

5、应力可以提高齿轮齿根弯曲疲劳强度。关键词：残余应力，盲孔法，X射线应力测定，齿轮弯曲疲劳试验，有限元分析I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTGearshavebeenwidelyusedinequipmentmanufacturingandotherregions,duetotheimportantroleinmechanicaltransmission.Withthedevelopmentofscienceandtechnology,theperformancerequirementsofgears,suchashighstrengh,

6、highefficiencyandhighreliabilityarealsoincreased.Usually,fatiguefailureisoneofthemainfailuremodeofgears,whichwillseriouslyinflunencethetransmissiveperformanceandtheservicelife.Shotblastingisoneofthecoldprocessingtechnologyformatelsurfacewhichisusuallyusedasasurfacetreatmentpro

7、cessofgears.Recently,lotsofresearchshavebeendonebybothdomesticandinternationalscholarsontheshotpreeningtechniquesandtheresidualcompressivestressprocessedbyshotpeeningstrengthening,butthoseworkshavenotbeenfocusedontheinfluenceofresidualcompressivestressonthegearsperformance.Alt

8、houghtherearesomeconclusions,itislackofdatatodoverifications.