弯曲疲劳的历史,第一部分

即使经过了一个多世纪的弯曲疲劳研究,仍有很多东西需要了解。

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弯曲疲劳寿命是所有锻造和粉末金属齿轮和所有机械动力传动部件的原则问题。当失效模式不磨损时,它也是聚合物齿轮的担忧。本系列的第一部分调查了金属疲劳研究的历史里程碑。下一部分将重点关注无数的即将发生的因素,这些因素有助于这种类型的齿轮和旋转部件故障。该系列的最后一部分将以统计概率技术匹配,用于测定实验设计中适当的存活/失效分析。

能够识别影响疲劳因子和设计智能和统计上显着实验的所有贡献材料和应用对于齿轮和机器设计工程师来说至关重要,以验证难以使用经典方法计算的材料和几何形状。

在19世纪50年代和60年代的德国,August Wöhler开发了铁路车轴疲劳试验。这些实验被认为是对疲劳的第一次科学研究。他展示了不断增加的压力如何以一种可预测的方式导致与疲劳相关的故障,在一定的压力水平下,疲劳极限存在无限的寿命。Wöhler的工作结果导致了经典的S-N图,即应力幅值与失效循环次数的关系,即我们今天使用的关系。

1910年,使用Wöhler的50岁的数据,O. H.Af.Af.Basquin表示有限寿命区域中的交替应力可以表示为日志日志线性关系。20世纪20年代的研究显着导致了解弯曲和扭转在多轴疲劳中的综合影响,并在骨折力学开始时带来了开拓认识。

1945年,M.A. Miner设计了一条规则,由a . Palmgren在1924年提出。该规则通常被称为Palmgren-Miner线性损伤理论,该理论指出,一个物体只能承受一定数量的损伤和循环疲劳,这是损伤积累过程的结果,在变化的载荷谱下,材料性能不断恶化。因此,可以在箱子中收集应力周期的数量和它们各自的振幅,以预测人体的疲劳寿命。在使用这条规则时,有许多注意事项和警告。然而,在利用知识和经验进行评估时,没有其他建议的技术能产生更好的评估。

1929年至1930年,英格兰格林威治皇家海军学院的应用力学教授Bernard Haigh介绍了他在存在凹口时对疲劳的理性解释。他在1953年和1974年,Rudolf Peterson使用了陷波菌株分析和残余压力的概念,以后更加全面地开发了1953年和1974年。彼得森在应力集中因子方面的工作仍然是一个非常重要的工作(图1)。

图1

在第二次世界大战期间,由于脆性断裂,自由号船只和油轮的损失重新开启了对金属疲劳的研究(图2)。

图2

在随后的几年中,直到1952年,惊人的1289艘军舰在焊接接头遭受脆性和结构相关的疲劳失效(图3)。

图3

然后,在1954年,第一个商用喷气机将彗星带到中空杀死所有乘客中。这种故障是由于压缩循环,在空中窗口的角落中发起疲劳裂缝。从那以后,军事,航空航天和汽车工业一直是金属疲劳的主要研究支持者。

美国齿轮制造商协会开始在1916年的新齿轮技术的前沿,新的齿轮市场正在出现。特别是,汽车工业正在追求齿轮的安静运行,特别是定时齿轮。AGMA在1917年5月举行了第一次年会,有50多名成员参加,讨论了他们在行业中所感兴趣和有价值的主题。这一组织至今仍以同样的方式存在。自第一次会议以来,对齿轮的齿弯曲和表面接触疲劳仍进行了大量的研究。这是一个非常有趣的话题,目前几个技术委员会正在进行研究和合作。

今天,有很多讨论和重要的工作来理解和建立一种计算粉末冶金螺旋齿轮弯曲寿命的预测模型。然而,即使经过一个多世纪的弯曲疲劳调查,仍有很大努力学习。PM齿轮是独一无二的,因为金属粉末可以是特种合金和金属的合并组合,包括材料和性质的独特组合。三维烧结表面的晶粒结构具有锻造材料独特的微观结构,其与齿轮相关的材料疲劳性能特别特别感兴趣。现在,粉末金属齿轮在汽车应用中变得越来越有吸引力。更充分和认识到对模塑的设计寿命,净形齿轮材料的设计寿命将在未来几年对该行业产生深远的影响。