论文部分内容阅读
由于其优异的综合性能,传统齿轮用钢20CrMnTi仍占据汽车齿轮50%左右的市场份额,但实际工况下轮齿表面时常发生点蚀,产生的应力集中会促进疲劳裂纹迅速在点蚀坑周边萌生、发展,导致构件提前断裂失效。但点蚀造成疲劳失效的作用机理以及临界条件尚不明晰,因此研究点蚀对20CrMnTi应力集中及齿轮疲劳影响规律具有重要的科学意义和实际价值。本文在浸泡试验20CrMnTi点蚀真实形貌的基础上,通过Solidworks软件建模,利用ANSYS Workbench软件静力分析和瞬态分析模块进行有限元模拟,具体内容如下:1、运用Solidworks软件建立不同尺寸的半球形及半椭球形点蚀坑模型,通过ANSYS Workbench模拟了点蚀坑三维尺寸变化对应力集中系数的影响,建立应力集中系数关于点蚀坑深长比（r/l）和宽长比（w/l）的经验方程:K=0.8659-0.1442（w/l）2+1.149（w/l）-0.0743（r/l）2+0.2555（r/l）+0.3522（w/l）（r/l）,用于预测已知三维尺寸的点蚀坑的应力集中系数。2、点蚀坑间相互影响关系的数值模拟分析表明:平行于拉伸方向两点蚀坑相互耦合影响减缓应力集中,间距为0mm时,应力集中系数较单个点蚀坑下降9.2%,间距大于1.2mm时,接近单个点蚀坑时应力集中系数,相互影响可忽略不计;垂直于拉伸方向两点蚀坑相聚较近时,应力集中系数骤增,间距为0mm时,最大应力值高达高达30.82σ0,比单个点蚀坑的应力集中系数增大93%,是一种相对危险的点蚀分布状态;原始点蚀坑底部次生点蚀坑的形核,由于产生高应力集中,具有很高的裂纹形核潜能;对于恒定的次级点蚀坑深度,次级点蚀坑直径越大,越利于缓解次生点蚀坑对原始点蚀坑应力集中。3、模拟含点蚀20CrMnTi齿轮构件实际工况下的动态接触过程,分析点蚀位置对齿轮动态啮合过程中接触应力分布状况及疲劳寿命影响,结果表明:点蚀坑缺陷位于节圆时,会产生最为严重的应力集中,接触应力高达749.87Mpa,主动轮接触疲劳寿命最小,衰减为5014.6次,仅为无缺陷时寿命的5%。失效形式将由无缺陷时从动轮的齿根弯曲疲劳转变为有点蚀轮齿的接触疲劳失效。并且,点蚀坑越靠近轮齿边缘,应力集中越严重,齿轮的疲劳寿命越低。