汽车齿轮钢弯曲疲劳性能研究

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1、汽车齿轮钢弯曲疲劳性能研究张峰，郑立新，汪维新（东风商用车技术中心工艺研究所，湖北十堰442001）摘要：采用口行设计的弯曲疲劳试样，在831Mpa、868Mpa.906Mpa应力水平下对几种常用齿轮钢弯曲疲劳性能进行了对比试验分析，量化了表面质量、心部硬度对齿轮钢弯Illi疲劳性能的影响。探索了提高驱动桥齿轮承载能力的技术途径。关键词：汽车齿轮钢，弯曲疲劳试样，弯曲疲劳性能中图分类号：TG142.41文献标识码：AStudyOnTheFlexuralFatigueBehaviorOfGearSteelforAutomob订eZhangFen

2、g,ZhengLiXin,WangWeiXin(MaterialandTechnologyInstiluteofDongFengCommercialVehicleTechnicalCenter,Shiyanhubei442001,China)Abstracts:Theflexuralfatiguebehavioroftheseif-designingspecimensofseveralgearsteelsonthedifferentloads,831Mpa,868Mpaand906Mpawasanalyzed・Theeffectsofsurf

3、acequality,matrixhardnessontheflexuralfatigueperfomaneoofgearsteelshavebeendiscuss。d・Thetechnicalapproachimprovinggearcarryingcapacitywasexplored・KeyWords:gearsteelforautomobi1e,flexuralfatiguespecimen,flexuralfatiguebehavior重型车辆用来传输动力、驱动重型车辆前进的驱动桥齿伦在工作状态下承受较人的脉动弯曲载荷和冲击弯曲载荷

4、，易造成轮齿弯曲疲劳断裂或过载断裂；而齿面间的脉动正压力和相对滑动则可能导致齿轮的接触疲劳损伤［1］。口前我国重型工程车超载现象较为严重，过载是导致重型工程车驱动桥齿轮早期失效的主要原因。现有的驱动桥齿伦承载能力和对靠性，一般采用驱动桥总成台架试验，它能反映驱动桥总成在额定载荷下的鉴体性能，无法考察在更高载荷下的疲劳性能——即齿轮的抗过载能力。受齿轮支撑刚度和关联零件，如轴承、止推片、十字轴等零件性能的限制,采用驱动桥总成进行超载条件下的齿轮台架运转试验，常常由于齿轮支撑刚度不足或关联件的损坏，不能顺利进行，也就不能正确反映齿轮本身的口J靠性

5、和抗过载能力。单齿弯Illi疲芳试验是另一种考核齿轮疲劳性能帘川的试验方法，特别适合在圆柱直齿轮上运用，但对于驱动桥所用的锥齿轮而言，受加载方式的限制，难以实现，试验数据准确性、试样加工较难保证，不适宜大批虽试验。为了研究材料和工艺因素对驱动桥锥齿轮在高载荷区的弯1111疲劳寿命的影响，探索考核和提高驱动桥锥齿轮的承载能力的方法和途径，我们设计了一•种新的弯曲疲劳试样及试验方法，并采用不同品种齿轮钢及加工工艺，进行了系列试验。1.试验方法1.1试样的设计与制备弯1111疲劳试验所用试样如图1所示。试样的形状和尺寸能模拟轮齿根部弯曲疲劳的特性，

6、保证获得与齿轮齿根圆角和同的渗碳淬火后的渗层冶金技术特性、残余应力状态和齿轮心部硬度。图1弯曲疲劳试样试验材料为SCM822H.SCM420H、20CrMnTiH2>20CrMnTiH3>20CrMnTiH4五种常用的齿伦材料。材料的冶金技术质量指标见表1、表2。表1试验材料的化学成分材料CMnCrMoTiSCM822H0.230.821.040.38SCM420H0.220.831.120.2220CrMnTiH20.220.981.200.0160.04920CrMnTiH30.200.921.140.0110.05420CrMnTi

7、H40.201.091.370.0180.040表2试验材料末端淬透性、晶粒度试验材料末端淬透性HRC晶粒度J9J15SCM822H43368级SCM420H37.231.2&5级20CrMnTiH241349.5级20CrMnTiH33224.79级20CrMnTiH443.2388级试样的制备，采用与现生产齿轮相同的丄艺流程：卜•料一锻造成型一等温正火一机加工成型一清洗一预氧化一渗碳淬火、回火一（清理喷丸/强力喷丸）。试样的渗碳热处理与现生产齿轮并线生产，有效硕化层度要求1.6-2.Ommo笫一批试样的制备采M20CrMnTiH3,渗碳后

8、表血经清理喷丸处理，部分试样的圆角处有明显接刀痕。该批试样主要是模拟了现生产工艺条件。第二批试样的制备采用了上述所有材料，试样加工时，耍求试样圆角及其相关平面一次模