汽车齿轮钢弯曲疲劳性能研究.doc

汽车齿轮钢弯曲疲劳性能研究张峰，郑立新，汪维新（东风商用车技术中心工艺研究所，湖北十堰 442001）摘要：采用自行设计的弯曲疲劳试样，在831Mpa、868Mpa、906Mpa应力水平下对几种常用齿轮钢弯曲疲劳性能进行了对比试验分析，量化了表面质量、心部硬度对齿轮钢弯曲疲劳性能的影响。探索了提高驱动桥齿轮承载能力的技术途径。关键词：汽车齿轮钢，弯曲疲劳试样，弯曲疲劳性能中图分类号：TG142.41? ?? ? 文献标识码：AStudy On The Flexural Fatigue Behavior Of Gear Steel for AutomobileZhang Feng，Zheng Li Xin，Wang Wei Xin(Material and Technology Institute of DongFeng Commercial Vehicle Technical Center, Shiyan hubei442001, China)Abstracts:The flexural fatigue behavior of the self-designing specimens of several gear steels on the different loads, 831Mpa，868Mpa and 906Mpa was analyzed. The effects of surface quality, matrix hardness on the flexural fatigue perfomance of gear steels have been discussed.The technical approach improving gear carrying capacity was explored.Key Words: gear steel for automobile, flexural fatigue specimen，flexural fatigue behavior重型车辆用来传输动力、驱动重型车辆前进的驱动桥齿轮在工作状态下承受较大的脉动弯曲载荷和冲击弯曲载荷，易造成轮齿弯曲疲劳断裂或过载断裂；而齿面间的脉动正压力和相对滑动则可能导致齿轮的接触疲劳损伤[1]。目前我国重型工程车超载现象较为严重，过载是导致重型工程车驱动桥齿轮早期失效的主要原因。现有的驱动桥齿轮承载能力和可靠性，一般采用驱动桥总成台架试验，它能反映驱动桥总成在额定载荷下的整体性能，无法考察在更高载荷下的疲劳性能——即齿轮的抗过载能力。受齿轮支撑刚度和关联零件，如轴承、止推片、十字轴等零件性能的限制，采用驱动桥总成进行超载条件下的齿轮台架运转试验，常常由于齿轮支撑刚度不足或关联件的损坏，不能顺利进行，也就不能正确反映齿轮本身的可靠性和抗过载能力。单齿弯曲疲劳试验是另一种考核齿轮疲劳性能常用的试验方法，特别适合在圆柱直齿轮上运用，但对于驱动桥所用的锥齿轮而言，受加载方式的限制，难以实现，试验数据准确性、试样加工较难保证，不适宜大批量试验。为了研究材料和工艺因素对驱动桥锥齿轮在高载荷区的弯曲疲劳寿命的影响，探索考核和提高驱动桥锥齿轮的承载能力的方法和途径，我们设计了一种新的弯曲疲劳试样及试验方法，并采用不同品种齿轮钢及加工工艺，进行了系列试验。1.试验方法1.1 试样的设计与制备弯曲疲劳试验所用试样如图1所示。试样的形状和尺寸能模拟轮齿根部弯曲疲劳的特性，保证获得与齿轮齿根圆角相同的渗碳淬火后的渗层冶金技术特性、残余应力状态和齿轮心部硬度。图1 弯曲疲劳试样试验材料为SCM822H、SCM420H、20CrMnTiH2、20CrMnTiH3、20CrMnTiH4五种常用的齿轮材料。材料的冶金技术质量指标见表1、表2。表1 试验材料的化学成分 材料 C Mn Cr Mo Ti SCM822H 0.23 0.82 1.04 0.38 \ SCM420H 0.22 0.83 1.12 0.22 \ 20CrMnTiH2 0.22 0.98 1.20 0.016 0.049 20CrMnTiH3 0.20 0.92 1.14 0.011 0.054 20CrMnTiH4 0.20 1.09 1.37 0.018 0.040 表2 试验材料末端淬透性、晶粒度 试验材料 末端淬透性HRC 晶粒度 J9 J15 SCM822H 43 36 8级 SCM420H 37.2 31.2 8.5级 20CrMnTiH2 41 34 9.5级 20CrMnTiH3 32 24.7 9级 20CrMnTiH4 43.2 38 8级 试样的制备，采用与现生产齿轮相同的工艺流程：下料—锻造成型—等温正火—机加工成型—清洗—预