航空齿轮钢滚动接触疲劳性能预测与表面完整性优化_吴吉展(1).pdf

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第60卷第8期机械工程学报Vol.60No.8

2024年4月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGApr.2024

DOI：10.3901/JME.2024.08.081

航空齿轮钢滚动接触疲劳性能预测与表面

完整性优化*

吴吉展魏沛堂吴少杰刘怀举朱才朝

(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044)

摘要：齿轮滚动接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备的重要瓶颈。高表面完整性是决定齿轮服役性能

的重要保障，表面完整性与齿轮接触疲劳性能的定量关联规律成为工程及学术界的研究重点。该系列研究讨论了常规喷丸、

二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等加工工艺对AISI9310渗碳淬火航空齿轮钢表面完整性参数及服役性能的影响，

并给出齿轮抗疲劳设计方法。针对获得的表面完整性与疲劳性能数据，开展疲劳性能预测与表面完整性设计研究。采用随机

森林算法确定了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的重要度；以接触应力、表面粗糙度、表面残余应力、表面硬度、有效

残余应力深度、疲劳寿命可靠度为输入，滚动接触疲劳寿命为输出，采用GA-BP神经网络和SVM机器学习方法建立了滚动

接触疲劳寿命预测模型，探究了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的影响规律；提出了基于多元回归的滚动接触疲劳寿命

预测公式，疲劳寿命预测值在1.5倍分散带以内；并在给定设计寿命下采用遗传算法对表面完整性参数进行优化，服务于传

动构件抗疲劳设计。

关键词：滚动接触疲劳；表面完整性；疲劳性能；数据驱动；寿命预测

中图分类号：TG156

RollingContactFatiguePerformancePredictionandSurfaceIntegrity

OptimizationofAviationGearSteel

WUJizhanWEIPeitangWUShaojieLIUHuaijuZHUCaichao

(StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmissions,ChongqingUniversity,Chongqing400044)

Abstract：Rollingcontactfatigueofgearisanimportantbottleneckforhigh-endequipmentsuchasaviation,aerospace,newenergy

vehiclesandships.Highsurfaceintegrityisanvitalguaranteetodeterminetheserviceperformanceofgears,andthequantitative

correlationbetweensurfaceintegrityandgearcontactfatigueperformancehasbecomearesearchfocusinengineeringandacademia.

Inthiswork,theeffectsofconventionalshotpeening,doubleshotpeening,fineparticlepeening,barrelfinishing,barrelfinishingafter

shotpeening,etc.,onthesurfaceintegrityandservicepropertiesofAISI9310carburizedandquenchedaviationgearsteelare

discus

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