残余应力对滚动接触疲劳寿命的影响

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1、维普资讯http://www.cqvip.com到，姥，，粥南冀黉，}‘向《轴承夯●试验分析’1'．弓彤残余应力对滚动接触疲劳寿命的影响①I洛阳轴承研究所(471039)王伯栋。北京航空航天大学(1o0083)丽机械工业中使用最普遍、最重要的基础1．当量应力理论件是通过滚动接触承受载荷的零件，如滚动在工件加工(如热处理、磨削等)过程中，轴承、齿轮等它们的接触疲劳寿命是设计与会在工件材料内部引起较大的残余应力，它应用中的一个主要参数。研究表明，材料改变了设计的应力状态，因而将影响零件的内部的残余应力对接触疲劳寿命有显著的影疲劳寿命

2、。因此，在评估应力状态对疲劳寿命响。但是，如何定量计算残余应力对疲劳寿命的作用时，必须考虑残余应力的影响。对于滚的影响，还很少有人考虑。本文结合试验条动接触零件，目前能够描述材料内部应力状件，将包含残余应力的当量应力理论进一步态的理论主要有：当量应力理论(或称应变能推导，使之与疲劳寿命发生直接联系，从而建理论)、切应力理论和交变切应力理论在这立起残余应力与寿命的关系式这将为机械三个理论中，能够考虑残余应力，并能计入它加工过程中如何通过控制残余应力来改善疲影响材料内部的应力状态，且与实际情况吻劳寿命，提供了理论依据。合得最好的只有

3、当量应力理论0。根据该理论，材料内部的当量应力(1t1~引起失效的临界一、残余应力对疲劳寿命的影响应力)表示为：观=(一)。4-(ay一)4-(一O"x)4-6,1,x(矗+磅+蟊)(i)式中——当量应力‘．(fPN)^％——沿轴(垂直于滚动方向)的正应力：((2)f—lN)t⋯——沿轴(滚动方向)的正应力()——脉冲剪切载荷作用下经Ⅳ次——沿轴(指向材料内部且垂直循环后的疲劳极限于接触面方向)的正应力—()1——脉冲扭转载荷作用下经Ⅳ次、坐标系下的切应力，—：、坐标系下的切应力循环后的疲劳极限t——=、坐标系下的切应力($'-

4、lh")一——对称交变载荷作用下的疲——将对称交变应力和转变劳极限应力成当量脉冲应力值的系数(一)——对称交变载荷作用下的疲劳极限应力0奉文在撰写过程中．得到了洛阳轴承研究所所长罗对于对称交变载荷和脉冲扭转载荷，可继伟博士的大力帮助．探衰癌坩——作者注@作者幕材料开发部工程师，工学珥士——编者注用wler曲线确定^值。对于残余应力，在一般情况下，与‰、相比是一个小量，维普资讯http://www.cqvip.com《轴承}1995．．5可忽略不计。因此，(1)式可简化为1一——{[(+)一f一“)V一[(+)一j-I-[(一“R

5、)一]J6^(+)+6：f(3)式中^——残余应力残余应力对接触疲劳寿命的影响可用下式来表述。：髓n一～一!匣碣g【岬J。匿1沿层津舟布的斑酋}应力一()4)f／'ERDfr。——标准热处理组切向虚力式中一为的最大值——激光硬化组切向应力o——标准热处理组径向应力％m——为％的最大值TR-——激光硬化组径向应力对于GCrl5钢，(4)式中的指数取9。根据赫芝接触理论，则有2一残余应力的测定]用MSF-2Mx射线应力仪，对激光相变一再lc6)硬化和标准热处理得到的GCrl5钢内部的a[“残余应力，分别进行测试采用电解剥层法测得不同

6、层深处的残余应力，结果如图l所示式中——载荷3一残余应力对接触疲劳寿命的影响"b'l——对称循环最大切应力在本试验中，采用下列条件计算残余应——辅助参数力对接触疲劳寿命的影响。——最大接触应力(1)为计算方便，据图l，取‰：。在本试验中，W一215．6N，一2．38(2)以坐标(0．0，2)下的“、和代替Film，=4508MPa代入(6)式得b一一0．15ram(3)式中相应的值其表达式为0：=964MPa(i=—[L(Jj州十)根据GCrl5钢的Wohler曲线(见图2)，由一f0—964MPa查得，(~'pt4)。967·

7、’(1鲁i噶詈～}+-—I-z—~)MPa一(f)-一540MPa，代入(2)式得6曰一^≈1—8。aR(I：Jo及其存在的位置z。，可由图3查得。式中b——接触椭圆短半轴％一0．72~r~一3245．8胁一一钢球半径磊D一0．舶一0．06F／}ITI一一材料弹性模量，对于GCrl5钢，将o的值代入(5)式得一2．03×1OMPa‘“一“一一11l8．2MPa——泊松比，GCrl5钢的一0．3一一3855．3MPa维普资讯http://www.cqvip.com《轴承}]995．N0．5在TLP型试验机上做接触疲劳寿命对比试验，

8、其结果如图4所示。．．45．0010l0】O。l0‘】0jll0应力循环收敛圈ocr15钢在扭转毂荷作用下々疲劳极限圈d两组试样的接舡囊劳寿命曲线alum试验结果表明，有较大残余压应力的第囤3羹佳残余应力和当量应力的分布曲2组的额定寿命L。比第一组提高92。(3