大模数淬火齿条表面裂纹扩展规律及寿命预测研究

作者：路卫兵; 俞歌; 程熊豪; 石端伟^*; 张阳

来源：机电工程, 2020, 37(01): 44-48.

• 大模数齿条
• 表面淬火
• FRANC3D
• 应力强度因子
• 疲劳扩展寿命

针对大模数齿条的疲劳寿命难以精确计算问题,对大模数表面淬火齿条的裂纹扩展规律进行了研究。建立了含共线初始双裂纹的齿条FRANC3D模型,齿条啮合区离散为15个区域载荷;分析了表面感应淬火齿条硬度分布、残余压应力分布对疲劳裂纹扩展寿命的影响,推导了齿条的断裂韧度KIC与应力强度因子门槛值ΔKth;运用FRANC3D软件,对双共线初始裂纹在三种水平间距下的裂纹扩展、联通、继续扩展过程进行了仿真,得出了应力强度因子幅值ΔK随裂纹深度a扩展的表达式;根据裂纹扩展速率da/dN与ΔK、KIC、ΔKth的关系,预测了三峡升船机齿条的寿命N。研究结果表明:齿条满足疲劳寿命要求,但表面感应淬火降低了齿条的疲劳寿命;硬度分布对于裂纹扩展的促进作用大于残余压应力的抑制作用。

• 单位
  武汉大学; 水力机械过渡过程教育部重点实验室