直齿圆柱齿轮塑性失效分析：残余应力与安定极限

"这篇论文是2010年由廖海平和刘启跃在西南交通大学学报发表的工程技术类学术论文，主要探讨了直齿圆柱齿轮在塑性变形失效时的安定极限分析。" 正文: 这篇研究关注的是直齿圆柱齿轮在优化设计过程中的一个重要问题——残余应力对齿轮材料塑性极限的影响。齿轮在工作过程中，由于啮合引起的应力分布复杂，特别是在考虑弹性与塑性相互作用的情况下，残余应力的存在会显著改变材料的力学性能。 论文首先引用了Hertz接触理论，这是分析点接触或线接触中弹性体之间接触压力的经典理论。通过这个理论，研究人员能够计算齿轮在啮合过程中的弹性接触应力。此外，他们还建立了一个齿轮局部坐标下的弹塑性接触模型，该模型能够更精确地描述齿轮在实际工作状态下的应力分布，包括弹性应力和残余应力。 在分析中，研究者运用了第三强度理论，这是一种评估材料在复杂应力状态下的失效准则。理论指出，在弹性状态下，齿轮材料的弹性极限可以达到简单拉压屈服极限的大约1.6倍。这意味着在纯弹性行为下，材料能承受的应力水平高于预期。 然后，论文引入了安定极限理论，这是考虑材料在循环加载下不发生永久变形的能力。考虑到齿轮啮合产生的残余应力可以对材料产生强化效果，研究得出，在弹塑性状态下，齿轮接触的静力安定极限大约是简单拉压屈服极限的2.3倍。这一发现对于提高齿轮的承载能力具有重要意义。 将静力安定极限作为判断齿面塑性变形失效的标准，相较于传统的弹性极限，意味着齿轮材料可以承受大约50%更高的应力而不会发生塑性变形。这对齿轮设计和材料选择提供了新的见解，能够优化齿轮的结构，提高其工作寿命和可靠性。 关键词涵盖了齿轮设计的关键要素，包括齿轮、塑性变形、安定极限和残余应力。这篇论文的贡献在于为齿轮工程提供了更深入的理解，特别是关于如何利用安定极限理论来评估和增强齿轮的承载能力，对于提升机械设备的性能和效率具有积极的指导价值。