浅谈齿轮断裂实验分析

来源：塑胶五金网发布时间：2014-10-27 16:20:49点击率：

　　随机断裂宏观断口形貌分析为齿轮试件轮齿在循环次数N=1.88@106断裂时的宏观断口形貌局部图，这是一个典型的疲劳断口，整个断口呈灰色，有明显的贝纹线。根据断口形态，断口可粗略分为两个区域。

　　疲劳源区和疲劳扩展区疲劳源核心位于预制裂缝顶沿齿宽方向中点附近。疲劳源区和疲劳扩展区界限不明显，但可以看出，在齿轮中部区域，由于断口表面的反复挤压、摩擦，断口表面显得十分光亮、平整，而在齿轮的两端附近，可以看出明显的贝纹线。

　　断裂区(瞬时断裂区) 断裂区和疲劳扩展区有明显的分界线，出现了很大的二次台阶。此破断区是粗晶粒表面，变化趋势发展急剧。这是由于应力超过材料的断裂韧度，裂纹发生失稳扩展造成的。断裂区约占整个断裂区面积的50.据此也可以粗略估计应力的高低。与一般的齿根疲劳折断断口比较，两者十分相似，亦属于脆性断裂。可以看出，这个区域是一个粗糙的平面。另一齿轮编号215轮齿在循环次数N=2.80@106时发生随机断裂，疲劳源靠近轮齿端面一侧，疲劳条纹不明显。断裂区约占整个断裂区面积的三分之二，表明应力水平较高。断口的其它特征与126轮齿断口基本相同。在试验中发现这对试验齿轮存在偏载现象，这可能是造成疲劳裂纹源位于齿宽端面一侧的原因。

　　疲劳裂纹扩展方向的观察分别观察编号为1-1、1-31、1-36、2-1、2-10、2-20、2-30轮齿的裂纹，结果如下：疲劳裂纹萌生情况在应力循环次数N=1.88@106时，1-31和1-36号轮齿线切割裂缝处已生成2mm3mm的宏观疲劳裂纹。

　　疲劳裂纹初始扩展角的观察对于垂直于或近似垂直于齿廓方向预制的裂缝，如1-31、1-36及2-30轮齿等，初始裂缝扩展角均为70b80b之间，这与我们理论计算的结果是吻合的。裂纹扩展的总趋势是从线切割裂缝处向另一侧齿根扩展。疲劳裂纹在起始一段长度内(如2mm3mm)，扩展方向变化很小，表明此时是型断裂为主。

　　按照断裂力学实验通常的作法，试件线切割裂缝后，在疲劳试验机上加交变循环载荷，沿初始裂缝方向引发出疲劳裂纹。此疲劳裂纹与真实裂纹十分接近。但对于运转式的齿轮试件来说，由于齿轮几何形状和受力情况都较复杂，在操作中很难预制出平直规整的疲劳裂纹，因此只能直接使用线切割裂缝，而不预制疲劳裂纹。显然，此时裂缝圆角半径与真实裂纹存在差别。

　　实际齿轮的随机断裂，大都由于严重点蚀或剥落引发的，其初始裂纹都是非贯穿的，而本试验试件上预制裂缝都是贯穿的，因而与实际情况有所区别。由于上述原因，再加上裂纹长度和扩展方向测量手段有限，因此本文的试验研究只是初步的、定性的，更严格意义上的轮齿随机断裂试验研究还有待今后有条件再做。

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