节圆起棱失效与逻辑判断障碍：幸存者偏差

番茄唐龙

zengxiaodong 发表于 2021-12-7 18:26
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。 ...

嗯

zengxiaodong

关于弯曲疲劳安全系数的问题，可举一个实例如下

负载条件、应用系数、要求寿命等等条件都不改变；齿轮材料、中心距、齿宽等也保持不变；齿形基准齿廓参数如齿顶高系数、齿根高系数等等也相同。

方案一





方案二

zengxiaodong

方案一的模数1.75，而方案二的模数是2.25

从计算结果可以看出，由于中心距不变，所以两个方案的接触疲劳强度安全系数很接近，也就是可以认为接触疲劳几乎是等强度的。但是，弯曲疲劳的安全系数，方案二大大高于方案一，这是由于模数增加的缘故。

按照相反的方向，也可以减小模数（增加齿数），很显然，接触疲劳强度仍然会变化很少，而弯曲疲劳安全系数会大幅度降低。在模数1.25时，弯曲疲劳的安全系数仍可大于3.0，满足超高可靠度齿轮传动的要求。但是，模数1.25mm加工厂嫌小，说是不太好磨齿，建议改为了1.75

zengxiaodong

无论弯曲疲劳的安全系数是3.668，还是5.716，或者是7.046，都满足了设计要求的20000小时工作寿命，三者的实质区别是达到20000小时工作寿命的概率不相同，安全系数越大，则概率越高，仅此而已，并不是安全系数7.046的弯曲疲劳寿命就一定高于安全系数3.668的方案！

再顺便扯扯磨损的问题，在滚动轴承以及齿轮中，都不计算磨损寿命，尤其是硬齿面齿轮更是如此，原因何在呢？

应该说，只要齿面接触一次，一定会造成齿面的磨损，你说接触一次磨损1纳米太多，那么接触一次磨损1埃、0.1埃呢，无论多么小总有一个数值吧，天长地久有时尽，铁杵磨成针！这个想法没毛病，问题是，磨损的速度远远低于出现接触疲劳的速度。

也就是说，在出现有影响的磨损量之前，早就出现了接触疲劳（或者弯曲疲劳），这实际上就是“木桶理论”在齿轮和滚动轴承领域的具体应用。正因为这个现象的存在，所以对于硬齿面齿轮而言，别指望磨合来修正制造与安装的误差，因为等你磨合到理想状态之前，齿面早就接触疲劳破坏了！同样的道理，也就没人听说过滚动轴承安装好以后有磨合期的说法了。

zengxiaodong

既然讲到了磨损，就不能不提修形的问题。

因为硬齿面齿轮“不”磨损，因此制造上就要下硬功夫，确保装机以后的高精度，使齿面各点均处于正确的位置。而由于弹性变形，完全精确的渐开线螺旋面，在承载以后，反而会在齿顶齿根处出现干涉，虽然齿根处滑动率也许很高，但是仍然不足以在适当的时间限度以内磨损到合适的状态，鉴于此，就必须在制造时预先把齿根（或齿顶）磨去一部分，这就是高精度齿轮修形的由来！

对于软齿面齿轮而言，就没有必要修形了，因为齿面硬度不高，可以在负载情况下短期内自动磨合，也就是自动修形到合适的齿面形状，由此看来，齿根滑动率根本就不是一个需要关注的物理量，因为假设滑动率对应磨损量的话，滑动率高恰恰表示此处易于磨合，自适应的性能很好！

总之一句话，滑动率是一个可以忽略的物理量，既无逻辑证据，也无实验结果可以证明滑动率的重要性！

lichaoyong

发表一下个人浅见：

1.碎屑在节圆附近堆积硬化，应该是不成立的，碎屑剥离后重新结合需要很大的能量
2.Q=KNL/3σ 不是时间函数，这公式跟速度没关系，所以也跟滑动率没关系
3.节点是瞬心，相对速度为0，但是加速度并不等于0

节圆起棱，能够确定的起码有三个相关因素：
1.载荷
2.转速
3.表面粗糙度

节圆起棱，是内部材料流动造成的
赫兹接触，最大应力是在次表层，不是最外层
应力循环使得分子键断裂和流动，所以形成了节圆附近材料堆积和凹陷（齿廓偏差、齿面摩擦等都会加剧状况）

节圆的材料剥落，是由于节圆处承受的是静摩擦，静摩擦力比动摩擦力要大（库伦模型），摩擦力在节圆换向（换向频率与转速有关），摩擦力换向产生的惯性力是最大的。
（这一点其实也说明了这个磨损跟滑动率没有太大关系，因为滑动率让摩擦力变小了。）

失效的机理当然没那么简单，不过排除法可以帮我们帅选掉一些不成立的因素

zengxiaodong

lichaoyong 发表于 2021-12-9 02:44
发表一下个人浅见：

1.碎屑在节圆附近堆积硬化，应该是不成立的，碎屑剥离后重新结合需要很大的能量

我也感觉节线起棱是次表面的问题，怀疑是渗碳层太薄或者芯部硬度不够等原因。

为此，我还去观察过柏油马路起拱的现象呢。

lichaoyong

做一个补充：

相对滑动速度会降低摩擦系数，机械手册指出平衡滑动率很重要，但我没看到要降低滑动率的表述


滑动率表征的是，主动轮和从动轮渐开线啮合长度差。啮合段较短的一侧，在一个啮合周期，受到接触应力的时间更长

woodee

lichaoyong 发表于 2021-12-9 02:44
发表一下个人浅见：

1.碎屑在节圆附近堆积硬化，应该是不成立的，碎屑剥离后重新结合需要很大的能量

本帖纯属我的浅见，看您也是翻阅不少资料，欢迎批判斧正！

我也认为出现应力疲劳裂纹，首先应该在靠近齿根的接触应力较大的次表层，进而往上发展导致表面出现碎屑剥落。

相对滑动速度可以降低摩擦系数，但注意，降低的是滑动摩擦系数。
而在节圆附近，接近纯滚动，这里起主要作用的不是滑动摩擦，而是滚动摩擦。
常识上看，就钢材而言，即便在润滑良好的情况下，滚动摩擦系数，仅仅是滑动摩擦系数的几十分之一到百分之一数量级。
所以，无法做出节圆附近首先出状况的推断。
这是我推论的出发点。

woodee

lichaoyong 发表于 2021-12-9 10:30
做一个补充：

相对滑动速度会降低摩擦系数，机械手册指出平衡滑动率很重要，但我没看到要降低滑动率的表 ...

滑动率取小一些，其实是为了避开那些曲率半径很小靠近根部的齿廓段，提高接触强度。