节圆起棱失效与逻辑判断障碍：幸存者偏差

zengxiaodong

补充一下齿轮箱的其他信息如下。

输入轴转速3600r/min，美孚全合成齿轮油460牌号。

箱体加工中心镗孔，轴承是圆柱滚子轴承，合箱以后不检查齿面接触印痕，也无法调整接触印痕。

合箱以后仔细清洗，注入清洗油以中速运转1~2分钟，停机放干净清洗油，如此循环往复5次~6次，清洁度能够确保NAS8级以上。

全负载24小时持续运转，油温在120℃，每24小时变换运转方向，但是工作齿面不变，也就是转矩方向不改变，整个耐久试验期间未换油。

最大的劣化是润滑油，最后放出来的油变成了黑芝麻糊，箱体内腔和齿轮上也有很深的脏污附着（见照片）......

番茄唐龙

zengxiaodong 发表于 2021-12-6 11:31
现代齿轮已经进展为渗碳淬火，高精度磨齿的所谓硬齿面齿轮。与之相关的，箱体加工精度、轴承精度，以及润滑 ...

齿面接触强度的耐久性只和接触面的综合曲率半径、齿面表层金相组织的硬度以及由表及里的渐进硬度梯度和深度、润滑情况、齿面滑动率、载荷工况这些有关，其中好几项都是和齿轮几何设计有关的都有设计极限的，能做文章的大概只有开发新的材料新的齿面硬化工艺以及齿面强化涂层和预应力处理了，齿根不断是大前提保证机器能用，齿面耐磨性决定齿轮传动质量和使用寿命，有没有统计学统计下齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度在齿轮产品整个生命周期哪个先耗尽的

zengxiaodong

高速轴一个轴承是用润滑脂润滑的，新脂是红色的，试验后也变成全黑色了。

此外，试验前后进行了3种齿轮的公法线测量，至少用公法线千分尺无法测量出有什么变化。

齿轮、轴承、油封等没有任何损坏或者损伤！

zengxiaodong

我又仔细观察了新的未装机齿轮，感觉新的齿轮齿面光亮度没那么高，显得晦暗。

而运转后的齿轮似乎齿面进行了抛光，而且这种抛光还是泡着油用无比细小的（纳米级别？）抛光粉抛出来的，因此齿面光洁度明显提高了。由此估计一下，由于节线处滑动速度为零，因此抛光效果很差，而越靠近齿顶齿根处，则抛光效果越明显，这就在照相机的影像上反映出来了。

woodee

zengxiaodong 发表于 2021-12-6 15:38
我又仔细观察了新的未装机齿轮，感觉新的齿轮齿面光亮度没那么高，显得晦暗。

而运转后的齿轮似乎齿面进 ...

是的，粗糙一点的齿面，试运转一小会儿，就能明显看出，节线两侧明显发亮，而节线处发暗。

zengxiaodong

woodee 发表于 2021-12-5 16:13
实验还得继续做下去，观测可能发生的一步步齿面变化，似乎才更有意义。  得感谢楼主给大家提供了这么好的 ...

按照疲劳理论，对于弯曲疲劳强度而言，500万次应力循环不破坏，可以认为就是无限寿命，也就是后续疲劳强度曲线接近水平线了；而对于接触疲劳强度而言，1000万次应力循环不破坏，就可以认为是无限寿命。

现在做到1亿5000万次应力循环了，既未发生弯曲疲劳也未出现接触疲劳，继续运转试验下去，意义不大，也就是效费比不高。至于为什么做到了远超要求的这么个循环次数，纯属是低速轴齿轮的需要，也就是为了满足低速轴1000万次应力循环的考核需要，所以才不得不把高速轴开到了1.5亿次循环！

woodee

zengxiaodong 发表于 2021-12-7 08:18
按照疲劳理论，对于弯曲疲劳强度而言，500万次应力循环不破坏，可以认为就是无限寿命，也就是后续疲劳强 ...

前些年听一高手说，美国、欧洲的大型拖拉机齿轮，寿命能达27000小时，而国内是8000小时。  
不知有没有对应的应力循环次数大概是多少这方面的资料或数据？

woodee

番茄唐龙 发表于 2021-12-6 12:11
齿面接触强度的耐久性只和接触面的综合曲率半径、齿面表层金相组织的硬度以及由表及里的渐进硬度梯度和深 ...

如果没记错的话，按一般资料的寿命校核看，似乎接触疲劳寿命＜弯曲疲劳寿命。  

zengxiaodong

番茄唐龙 发表于 2021-12-6 12:11
齿面接触强度的耐久性只和接触面的综合曲率半径、齿面表层金相组织的硬度以及由表及里的渐进硬度梯度和深 ...

接触疲劳，以及弯曲疲劳，这是两个完全不同的损伤模式，严格来说没法简单比较这两者哪个会先到达其寿命。

以前的软齿面齿轮，为了满足接触疲劳强度的需要，往往要很大的中心距（很大的齿轮体积、重量），从而呢导致弯曲疲劳安全系数很高，也就是说软齿面齿轮多数情况下可以认为，弯曲疲劳不会发生。

进展到硬齿面齿轮以后，由于齿面接触疲劳强度提升了很多倍（加上磨齿又提升了很多的精度），也就大幅度降低了齿轮的体积、重量，当然也大幅度降低了齿轮的成本，在这种情况下，可以认为弯曲疲劳的安全系数相对而言是降低了。

不过，硬齿面齿轮也可以在一定范围内尽可能增大模数（受限于最少齿数），只要模数增加，弯曲疲劳的安全系数也同步增加，有时也会得到非常高的弯曲疲劳强度。这点在大螺旋角时比较容易实现，原因很简单，那就是大螺旋角会有较大的当量齿数，从而，小齿轮齿数可以选择11、10、9甚至更低，这样就可匹配更大的模数......

番茄唐龙

woodee 发表于 2021-12-7 18:06
如果没记错的话，按一般资料的寿命校核看，似乎接触疲劳寿命＜弯曲疲劳寿命。

逻辑上好像也应该是这样齿要是都断了还要更强更持久的齿面强度有何用，不过这个可能是受限于现阶段的材料和表面处理工艺吧