I. Concepts de base et principales formes de dommages dus à la fatigue des engins

(I) Définition essentielle des dommages dus à la fatigue

II) Trois principales formes de dommages et leurs caractéristiques

1. Fatigue par contact: des microrécations se produisent sur la surface de la dent sous contrainte cyclique de contact,et la propagation de ces fissures se traduit par deux modes de défaillance typiques: le pitting (pits à poches uniformément répartis sur la surface) et le spalling (détachement des flocons du matériau de la surface des dents).Ces dommages sont principalement causés par la concentration des contraintes sur la surface des dents, et une mauvaise lubrification et une rugosité excessive de la surface accéléreront le processus de défaillance.
2. Fatigue à la flexion: En tant que maillon faible de la structure de l'engrenage, la racine des dents provoque des fissures sous pression de flexion alternée, conduisant finalement à la rupture des dents.Concentration de stress (par exemple un rayon de filetage trop petit à la racine de la dent)La rupture des dents est souvent soudaine et destructrice.
3. Le frottement et l'usure: En cas de panne du système de lubrification à grande vitesse et à forte charge, une grande quantité de chaleur générée par le frottement sur la surface des dents provoquera un soudage local du métal.Au cours de la mise en maille ultérieure, les pièces soudéses sont déchirées pour former des dommages par frottement; l'usure, en revanche, est la perte progressive de matériau causée par le glissement relatif entre les surfaces des dents, y compris l'usure abrasive,d'une teneur en dioxyde de carbone inférieure ou égale, ce qui endommagera progressivement la précision de la surface dentaire et exacerbera les dommages dus à la fatigue.

II. Théories de base et méthodes de calcul des dommages dus à la fatigue des engins

(I) Trois méthodes de base pour la prédiction de la vie de fatigue

1. Méthode de la vie de stress (méthode de la courbe SN): Établie sur la base de la courbe de Wöhler (c'est-à-dire la courbe S-N), elle décrit la relation entre la durée de vie de la fatigue du matériau et les différents niveaux de contraintes,et est adapté à des scénarios de fatigue de cycle élevé avec plus de 104 cycles (tels que la transmission des engrenages dans des conditions de travail normales)Dans la conception d'ingénierie, des courbes de Goodman ou de Gerber modifiées sont souvent utilisées pour tenir compte de l'influence de la contrainte moyenne sur la durée de vie de la fatigue, assurant ainsi l'exactitude des résultats de prédiction.
2. Métode de la durée de vie (méthode de la courbe ε-N): Cette méthode, qui vise la fatigue à faible cycle avec moins de 104 cycles (comme les engrenages en conditions d'impact à lourde charge), tient pleinement compte de l'influence de la déformation plastique sur les dommages dus à la fatigue.Le noyau est basé sur l'équation de Coffin-Manson: Δε/2 = σf'/(E) ((2Nf) ^b + εf'(2Nf) ^c, où Δε est l'amplitude totale de la contrainte, Nf est le nombre de cycles de défaillance et σf', εf', b,c sont des constantes matérielles inhérentes qui doivent être déterminées par expérience.
3. Méthode de la mécanique des fractures: En se concentrant sur la durée de vie prévue de la phase de propagation des fissures, il utilise le facteur d'intensité de contrainte ΔK pour décrire le taux de croissance des fissures, suivant la loi de Paris: da/dN = C(ΔK) ^m,où a est la longueur de la fissure, N est le nombre de cycles et C, m sont les paramètres du matériau.Cette méthode est particulièrement adaptée à l'analyse de la propagation des fissures à la racine de l'engrenage et peut calculer avec précision le cycle de service des fissures de l'initiation à la longueur critique.

(II) Modèles théoriques clés pour la fatigue par contact

1. Théorie du stress de contact Hertz: Lorsque les engrenages sont en maille, le contact de surface des dents peut être approximé comme un contact ponctuel ou un contact linéaire entre deux corps élastiques.avec la formule de base: σ_H = √(Fn/(b·ρeq) · (1-ν12)/E1 + (1-ν22)/E2), où Fn est la charge normale, b est la largeur de contact, ρeq est le rayon de courbure équivalent,E1 et E2 sont les modules élastiques des deux matériaux d'engrenagesCette théorie est à la base du calcul des contraintes de contact de surface des dents et détermine directement l'évaluation préliminaire de la durée de vie de la fatigue de contact.
2. Modèle Ioannides-Harris: un modèle modifié de la fatigue par contact de roulement (RCF), qui prend d'abord en considération l'influence du gradient de contrainte sur la durée de vie.où L10 est la durée de vie par fatigue à 90% de fiabilité, τ_max est la contrainte de cisaillement maximale, V est le volume de contrainte et K, v, u sont des paramètres installés expérimentalement.Ce modèle améliore considérablement l'exactitude de la prédiction de la durée de vie de la fatigue de contact pour les engrenages à lourde charge.

III. Pratiques d'application technique pour le contrôle des dommages dus à la fatigue

(I) Optimisation de la conception des engrenages: suppression des dommages dus à la fatigue par la source

1. Sélection du matériel et traitement de renforcement: privilégier les aciers alliés de haute résistance (tels que le 20CrMnTi, le 42CrMo) et améliorer la dureté et la ténacité des matériaux par carburation et trempage, trempage et trempage,et d'autres procédés pour améliorer la résistance à la fatigue; effectuer des traitements de renforcement de surface tels que le pincement et le nitridage des pièces clés telles que les racines des dents pour introduire des contraintes de compression résiduelles et retarder l'initiation des fissures.
2. Optimisation du profil et de la structure des dents: adopter des technologies telles que la modification du profil des dents et le couronnement des dents au plomb afin d'améliorer la répartition de la charge lors du maillage des engrenages et de réduire la concentration de contraintes à la racine des dents;augmenter raisonnablement le rayon du filet à la racine de la dent pour réduire le facteur de concentration de contrainte et améliorer la résistance à la fatigue de flexion grâce à la conception structurelle.
3. Optimisation du système de lubrification: sélectionner l'huile d'engrenage à pression extrême pour former une pellicule d'huile stable sur la surface des dents, réduisant le coefficient de friction et la contrainte de contact; faire correspondre la méthode de lubrification (comme la lubrification par éclaboussure,lubrification sous pression) en fonction des conditions de travail pour éviter les dommages causés par la rupture du film d'huile à haute vitesse et sous lourde charge.

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