凯发国际首页 采用噴丸強化工藝提高齒輪疲勞壽命

摘要：某輕型汽車隨發動機動力的提升，原配后橋主被動齒輪疲勞壽命不能滿足設計要求。針對這一問題，本文提出采用噴丸強4~-r-藝提高齒輪的承載能力，制定了具 體的噴丸強化工藝，并進行了原配齒輪噴丸強化前后殘余應力和疲勞壽命試驗。試驗結果表明：噴丸強化工藝方法使汽車后橋齒輪承栽能力大幅提升，疲勞壽命達到了設計要求，對驅動橋的輕量化設計有*定的參考價值。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理
關鍵詞：齒輪疲勞壽命噴丸強化

前言
疲勞是指材料在一定的變應力(應變)的作用下，由于某點或者某些點開始產生不可恢復的變化，導致一定的循環次數后形成裂紋進而擴展發生斷裂的過程。金屬的疲勞破壞一般分為疲勞裂紋萌生、裂紋擴展和失穩斷裂三個階段。
大量數據表明，疲勞是結構和機械較主要的失效原因之一，也是可靠性試驗較主要的考慮因素，造成疲勞失效的變載荷峰值通常遠小于靜態破壞分析得到的“安全”載荷。驅動橋作為汽車較重要的承載部件之一，無時無刻承受著不同形式的變載荷，使其極易產生裂紋，從而造成失效，因此，提高汽車后橋主、被動齒輪疲勞壽命具有重要的意義
1某輕型汽車的主、被動齒輪某輕型汽車原配490發動機，其后橋主、被動齒輪技術狀態如下：
1．1齒輪材料及技術要求
齒輪均采用20CrMnTi材料，被動齒輪較大直徑為250mm。其熱處理要求：滲碳淬火，表面硬度HRC58～64，有效硬化層深度(齒面處)1．0～1．4mm，心部硬度(在1／3齒高處)：HRC30～45。
1．2齒輪疲勞壽命試驗
該車型配備490發動機傳遞至后橋輸入扭矩為930N．m，輸入轉速為395r／min；采用的試驗標準為：QC／T533《汽車驅動橋臺架試驗方法》，QC／T534《汽車驅動橋臺架試驗評價指標》，試驗結果(見表1)表明，齒輪的疲勞壽命滿足相關試驗標準的要求。
表1齒輪疲勞壽命(未噴丸強化)

2發動機動力提升
根據用戶的不斷需求，該車型需要匹配4100發動機進行動力提升，相應地傳遞至后橋的輸入扭矩由930N．m提升至1273N．m，增幅比率為36．9％，要求主、被動齒輪的承扭能力相應大幅增加，為了滿足實際需求，可采取以下措施：
1)在齒輪選用上，可以選擇被動齒輪較大直徑大于250mm的其他齒輪系列來滿足承扭要求，但是隨之帶來的影響是后橋殼總成牙包需要加大，從而影響到整車的離地 間隙，同樣后橋總成的自重量會大幅增加。
2)仍選用原配齒輪，材料和熱處理方式均不改變。
為了考察第二條措施的可靠性，按提升后的輸入扭矩1273N．m進行疲勞試驗，評估其能力。試驗參數：動力提升車型配備4100發動機傳遞至后橋輸入扭矩為1273N．m，輸入轉速為398dmin，試驗結果見表2。
表2齒輪疲勞壽命(未噴丸強化）

從以上試驗結果數據來看，仍選用現狀工藝的原配齒輪，不能滿足輸入扭矩1273N．m的要求。因此，需要采取新的工藝方式進行齒輪承扭提升。
3主、被動齒輪的噴丸強化
進行強力噴丸可提高齒輪疲勞壽命25％左右。一般的噴丸是以金屬彈丸，利用壓縮空氣或機械離心力為動力和摩擦力來除去金屬銹蝕以及鑄鍛件上的氧化皮、鐵銹、型砂及舊漆膜的方法。對于硬齒面齒輪，由于其基體硬度較高，常規的噴丸方法往往難以奏效，而噴丸強化的過程是將高速運動的彈丸流噴向零件表面的過程。噴射的彈流就象無數的小錘錘擊金屬表面，使得金屬表面產生塑性變形，也就是冷作硬化層，通常也稱為表面強化層。
從應力狀態來看，強化層內形成了較高的殘余壓應力；從組織結構上看，強化層內形成了密度很高的位錯。這些位錯在隨后的交變應力及溫度或二者的共同作用下逐漸排列規則，呈多邊形狀，并由此強化層內逐漸形成更小的亞晶粒。受噴表層的材料組織發生變化，受噴表面變得粗糙，表面的粗糙度隨著噴丸強度的提高、表層硬度的降低和彈丸尺寸的減小而變差。
3．1噴丸強化工藝
零件受噴表面殘余壓應力的大小和壓應力層的深度取決于受噴材料的性能和噴丸強度。材料的強度和硬度越高，壓應力就越大，壓應力層的深度就越淺，噴丸強度越高，壓應力層的深度也越大。在噴丸強化條件下，影響齒輪疲勞性能的主要因素是噴丸強化工藝，采用的強化工藝見表3。
表3噴丸強化工藝

*：fA為噴丸標準試片(60S12Mn鋼制作)經噴丸后的試片噴丸弧翹高即弧高。
3．2齒輪殘余應力試驗
噴丸強度的檢驗方法一般有弧高度法和殘余應力檢測兩種方法。本文提到的齒輪噴丸強度采用的檢驗方法為殘余應力檢測。對主、被動齒輪進行噴丸強化與未做任何工藝變化的齒輪做對比分析，用x射線檢測殘余應力，要求測試齒根沿層深數0、25、50、75、100m處殘余應力。
測試條件：國外進口LXRD型X射線應力分析儀，測試執行ASTME915和GB7704標準
測試結果：殘余應力測試結果如表4，其中負值應力代表壓應力，噴丸強化的主、被動齒輪的壓應力明顯比未噴丸強化的主、被動齒輪要大。
3．3齒輪疲勞壽命試驗
對噴丸強化后的齒輪進行相同條件下的疲勞壽命檢測。試驗參數：后橋輸入扭矩為1273N．m，輸入轉速為398r／min；試驗結果表明，噴丸強化后的齒輪疲勞壽命滿足標準的要求。

4結論
采取噴丸強化T藝方法可以提高汽車后橋齒輪疲勞壽命。在齒輪直徑不變的情況下對齒輪進行噴丸強化，齒輪承扭能力大幅提升，而汽車離地間隙不變，得到整車更好的通過性能，同時對驅動橋的輕量化設計理念有*定的參考價值。本文由 吊鉤式拋丸機 廠家整理