机车牵引齿轮接触应力及疲劳失效微观分析.pdf

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1、汽车制造技术现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2012年第7期机车牵引齿轮接触应力及疲劳失效微观分析邵建敏，刘建秀，宁向可(郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002)摘要：根据20CrMnMo材料的牵引齿轮真实参数，利用ANSYS软件建立有限元模型，对其接触应力进行分析得出：最大接触应力发生在齿面接触点位置，且以等值椭圆线向外扩散，使齿面产生不同程度的微裂纹，最终导致磨损和剥落等疲劳失效形式发生；通过微观组织分析，发现剥落裂纹部分的组织受损较重，验证了有限元分

2、析的正确性。关键词：牵引齿轮；接触应力；疲劳裂纹；有限元；微观机理中图分类号：TH123+．4文献标志码：A文章编号：1671—3133(20l2)07—0o36—04AnalysisofcontactstressandfatiguefailuremicrostructureonlocomotivetractiongearShaoJianmin，LiuJianxiu，NingXiangke(DepartmentofElectromechanicalScienceandEngineering，Zhengz

3、houUniversityofLightIndustry，Zhengzhou450002，China)Abstract：Accordingtotherealparametersof20CrMnMolocomotivetractiongear，establishedthefiniteelementmodelofgearpairwithANSYS．Therealcontactstresswassimulated．Theresultsshowedthatthelargestcontactstressexist

4、edcontactsurfaceanddiffusingequivocallywiththeshapeofoval，microscopicfatiguecrackWaSgeneratedtoavaryingdegreeinsurface．Finallyfa—tigucfailureoccurredsuchaswearandcrack．Byanalysismicrocosmicmechanism，damagedstructurewasfoundincrackfrac—tion．Analysisoffini

5、teelementwas,examinedrightly．Keywords：tractiongear；contactstress；fatiguecrack；finiteelement；micmcosmicmechanism0引言年份『20o3次数27随着现代科技的快速发展及其在铁路交通运输一一设备上的应用，列车牵引动力向大功率交流传动方向啮合过程中由于疲劳而导致的磨损形式进行研究的发展，货车向大轴重方向发展⋯，这对车辆的动力牵基础上，分析了齿轮的接触应力，得出接触应力的分引机构提出了严峻的考验作为牵引动

6、力部分的齿布规律，以及由此引起的疲劳裂纹及失效形式，并通轮传动，要求其传递的功率越来越大，转速越来越高，过微观组织分析进行验证，所得结论可为机车牵引齿同时又要具有尽可能高的运行寿命和承载能力J，因轮的设计制造提供参考。而在运行过程中承受巨大的牵引扭矩和振动负荷，工l齿面接触应力分析作条件恶劣。齿轮传动失效与否直接关系着动力的输出状况，实践中发现齿轮的失效多发生在齿面。1．1有限元模型的建立及网格划分近年来，随着铁路的不断提速以及承载量的增本文研究的齿轮参数为：主动齿轮齿数z=31，从加，齿轮发生裂纹失效

7、或者由裂纹间接导致的失效频动齿轮齿数Z=77，模数m=12mm，齿宽b=120mm，率急剧增加，表1为大秦线(山西大同至河北秦皇岛齿顶压力角=22．5。，中心距a=648mm，弹性模量线)历年牵引传动齿轮出现裂纹次数的统计情况。E=2．06×10MPa，泊松比=0．3，接触面的摩擦因本文基于20CrMnMo材料的直齿轮，在前期对其数厂=0．3。河南省重点攻关项目(092102210382)36邵建敏，等：机车牵引齿轮接触应力及疲劳失效微观分析2012年第7期在ANSYS软件中直接建立主、从动齿轮模型。由

8、为从动齿，这样可保证对从动齿的六个自由度全部约于接触为一类高度非线性求解问题，求解工作量大，束，由主动齿的转动来模拟接触过程。对从动齿轮约因此，在建模时，仅建立单齿啮合模型以减轻计算压束三个方向的位移和旋转，对主动齿轮约束径向和轴力。在保证主动齿轮位置不变的情况下，调整从动齿向的位移和旋转，在周向施加位移载荷，角度划分为轮的位置，使其正好进入啮合位置。0．1。，表示使主动齿沿周向逆时针旋转0．1。。实体单元选择Solid92三维1O节点单元