用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法技术

本发明专利技术公开一种用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法包括以下步骤：故障模拟，加工齿轮形成裂纹缺陷并测量所述裂纹缺陷的数据；静力荷载，固定所述加工后的齿轮，向加工后的所述齿轮加载静力荷载，监测所述裂纹至初始扩展阶段，停止静力荷载；模拟动力循环加载，在所述齿轮上模拟齿轮啮合过程中的载荷幅值变化与方向变化；动力循环加载，将齿轮放置在试验台上加载荷载。本发明专利技术提供的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法具备试验时间短、试验成本低的优点。试验成本低的优点。试验成本低的优点。

【技术实现步骤摘要】
用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法


[0001]本专利技术涉及裂纹模拟
，尤其涉及一种用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法。

技术介绍

[0002]齿轮传动是机械传动中最重要、应用最广泛的一种传动，任何材料和结构的齿轮都不可避免地存在着裂纹或类似于裂纹的缺陷，它们的存在和扩展，降低了齿轮的承载能力，继而影响了工程机构的安全与总体质量。大量实验表明，齿根裂纹是导致齿轮齿断裂最大的影响因素，目前国内外对齿轮的研究主要集中在对齿轮强度的分析，而对齿轮裂纹扩展规律的研究较少。因此，需要对齿根裂纹扩展展开更深入的研究。目前相关技术采用的相关物理实验方法对实验环境要求较为苛刻，实验成本较高，且耗时长，并不是一种理想可行性方式。相关技术采用在完好的齿轮实体上植入不同深度和大小的缺陷，多次拆装，来测量不同大小的缺陷的信号，实验方法对实验环境要求较为苛刻，实验成本较高，且耗时长。特别是在做故障劣化试验的时候，需要从小缺陷的故障件，开始加载，然后通过齿轮故障试验台上通过啮合加载，对故障件进行加载试验，比较费时和费力，但又不能获得比较好的故障模拟数据，是一种不能数据回归的故障劣化过程。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，该用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法具有试验时间短、试验成本低的优点。
[0004]根据本专利技术实施例的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法包括以下步骤：
[0005]故障模拟，加工齿轮形成裂纹缺陷并测量所述裂纹缺陷的数据；
[0006]静力荷载，固定所述加工后的齿轮，向加工后的所述齿轮加载静力荷载，监测所述裂纹至初始扩展阶段，停止静力荷载；
[0007]模拟动力循环加载，在所述齿轮上模拟齿轮啮合过程中的载荷幅值变化与方向变化；
[0008]动力循环加载，将齿轮放置在试验台上加载荷载。
[0009]根据本专利技术实施例的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法具有试验时间短、试验成本低的优点。
[0010]在一些实施例中，采用电火花处理所述齿轮的齿根造成应力集中部位作为裂纹缺陷萌生的潜在位置，测量所述裂纹缺陷的宽度和深度数据。
[0011]在一些实施例中，采用光学显微镜或扫描电镜对所述齿根的应力集中位置的裂纹长度进行测量。
[0012]在一些实施例中，在所述静力荷载步骤中，通过摄像头监测所述裂纹缺陷的变化，
记录所述齿轮的齿根的裂纹的扩展过程并分析。
[0013]在一些实施例中，在所述静力荷载步骤中采用长焦显微镜对所述裂纹缺陷进行裂纹长度实时检测。
[0014]在一些实施例中，在所述模拟动力循环加载步骤中，采用材料拉伸机向所述齿轮加载荷载。
[0015]在一些实施例中，在所述模拟动力循环加载和所述动力循环加载步骤中，对所述齿轮施加循环载荷，同时测定裂纹处的载荷大小，每隔一定的循环次数以后测量所述齿轮表面的裂纹长度。
[0016]在一些实施例中，利用X射线仪以及动态应变仪直接测定裂纹处的载荷大小。
[0017]在一些实施例中，通过调整配重的大小改变载荷的大小，通过信号发生器与功率放大器调整激振仪的振幅和频率，实现对所述循环载荷的频率调整。
[0018]在一些实施例中，所述测量工件表面的裂纹长度采用工业扫描仪来测量。
附图说明
[0019]图1是根据本专利技术实施例中用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法的流程图。
[0020]图2是根据本专利技术实施例中用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法的试验台工作示意图。
[0021]附图标记：1、液压拉伸机；2、伺服液压缸；3、齿条；4、齿轮。
具体实施方式
[0022]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0023]根据本专利技术实施例的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，如图1和图2所示，用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法包括以下步骤：
[0024]故障模拟，加工齿轮形成裂纹缺陷并测量裂纹缺陷的数据；测量裂纹缺陷的数据包括测量裂纹缺陷在齿轮表面的宽度和在齿轮的深度。
[0025]静力荷载，固定加工后的齿轮，向加工后的齿轮加载静力荷载，监测裂纹至初始扩展阶段，停止静力荷载；固定齿轮可以将齿轮固定到静力加载机上，固定齿轮使其不能旋转，静力加载到齿轮的单个固定齿面上，在静力荷载步骤中裂纹扩展至肉眼可见时裂纹进入初始拓展阶段。加载静力荷载时，以有限元计算为基础计算齿轮在裂纹处的载荷分布，静力荷载的大小等于有裂纹的齿轮发生屈服变形的载荷，此时认定齿轮的裂纹进入初始拓展阶段，停止静力荷载。
[0026]模拟动力循环加载，在齿轮上模拟齿轮啮合过程中的载荷幅值变化与方向变化；在此步骤中，在齿轮上采用静力机的拉压循环实现对齿轮啮合过程中载荷幅值变化与方向变化的模拟。
[0027]动力循环加载，将齿轮放置在试验台上加载荷载。将有裂纹扩展的齿轮放置在试验台上。如图2中示出的，在液压拉伸机的立柱处，伺服液压缸通过齿条在齿轮上模拟齿轮啮合过程。模拟动力循环加载阶段降低了齿轮故障模拟的成本减少了试验台的使用时间，缩短了试验时间降低了实验成本。
[0028]根据本专利技术实施例的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法具有试验时间短、试验成本低的优点。
[0029]在一些实施例中，采用线切割处理齿轮的齿根造成应力集中部位作为裂纹缺陷萌生的潜在位置，测量裂纹缺陷的宽度和深度数据。
[0030]具体地，采用电火花线切割机加工齿轮的齿根加工精确，为了加快试验速度提高效率可以再应力集中部位切割预制缺口。
[0031]在一些实施例中，采用光学显微镜或扫描电镜对齿根的应力集中位置的裂纹长度进行测量。
[0032]具体地，采用光学显微镜或者扫描电镜测量齿根的裂纹长度，扫描电镜能直接观察齿根表面结构，可以多角度观察，景深大便于提高测量效率。
[0033]在一些实施例中，在静力荷载步骤中，通过摄像头监测裂纹缺陷的变化，记录齿轮的齿根的裂纹的扩展过程并分析。
[0034]具体地，通过摄像头监测裂纹缺陷的变化，能够实现实时观测的同时记录影响，还可以采用机器视觉来分析判断裂纹的扩展过程，提高试验效率减小人工参与。
[0035]在一些实施例中，在静力荷载步骤中采用长焦显微镜对裂纹缺陷进行裂纹长度实时检测。
[0036]具体地，采用长焦显微镜检测裂纹长度，操作方便图像清晰，能够更精确检测裂纹长度。
[0037]在一些实施例中，在模拟动力循环加载步骤中，采用材料拉伸机向齿轮加载荷载。
[0038]具体地，采用材料拉伸机加载荷载设备成本低廉，能够缩短试验台的使用时间，降低试验成本。
[0039]在一些实施例中，在模拟动力循环加载和动力循环加载步骤中，对齿轮施加循环载荷，同时测定裂纹处的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，其特征在于，包括以下步骤：故障模拟，加工齿轮形成裂纹缺陷并测量所述裂纹缺陷的数据；静力荷载，固定所述加工后的齿轮，向加工后的所述齿轮加载静力荷载，监测所述裂纹至初始扩展阶段，停止静力荷载；模拟动力循环加载，在所述齿轮上模拟齿轮啮合过程中的载荷幅值变化与方向变化；动力循环加载，将齿轮放置在试验台上加载荷载。2.根据权利要求1所述的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，其特征在于，采用电火花处理所述齿轮的齿根造成应力集中部位作为裂纹缺陷萌生的潜在位置，测量所述裂纹缺陷的宽度和深度数据。3.根据权利要求2所述的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，其特征在于，采用光学显微镜或扫描电镜对所述齿根的应力集中位置的裂纹长度进行测量。4.根据权利要求1所述的用于故障模拟的齿轮裂纹扩张方法，其特征在于，在所述静力荷载步骤中，通过摄像头监测所述裂纹缺陷的变化，记录所述齿轮的齿根的裂纹的扩展过程并分析。5.根据权利要求4所述的用于故障模拟的齿轮裂纹扩...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪臻，邓巍，庞然，许瑾，吴凯，王英丞，王瑞，朱义倩，孙捷，阮克俭，张煜杭，张哲华，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司华能国际电力江苏能源开发有限公司清洁能源分公司，
类型：发明
国别省市：