三牙輪鉆頭齒孔裝配應(yīng)力是影響鉆頭正常使用的重要因素之一,其中齒孔過盈量的大小是一個(gè)非常重要的問題。本文采用應(yīng)變電測法對三牙輪鉆頭齒孔表面進(jìn)行了裝配應(yīng)力測試和分析,這對實(shí)際設(shè)計(jì)和加工過程中的過盈量的控制有重要意義。
測試目的
本次測試的目的是研究不同過盈量下齒孔表面的裝配應(yīng)力以及同排、異排鄰孔壓齒對測試孔孔表裝配應(yīng)力的影響。
測試方案
本次測試采用南京聚航科技有限的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀,全軟件設(shè)置,多通道應(yīng)變值實(shí)時(shí)顯示,實(shí)時(shí)保存,可自動(dòng)生成報(bào)表,功能多樣。
測試件牙輪材料屈服強(qiáng)度:1095MPa;測試孔直徑:20mm;測試過盈量:(C5、1、2)0.05mm;(C1、3、4)0.08mm;(C3、5、6)0.12mm。
測試步驟
1. 分別在C1、C3、C5三個(gè)齒孔表面粘貼應(yīng)變片,應(yīng)變片距齒孔邊沿的距離為0.5mm;
2. 壓C5齒,測其表面應(yīng)變,然后壓1齒,測C5齒應(yīng)變,壓2齒,測C5應(yīng)變;
3. 分別壓C1、3、4;C3、5、6齒,測C1、C3應(yīng)變。
測試結(jié)果及分析
不同過盈量下壓齒孔口表面的應(yīng)力測試
按中值、上限值、超限值3種情況分別壓齒,分別測出孔口表面的應(yīng)變,計(jì)算出對應(yīng)的應(yīng)力值,見表1和表2。
測試結(jié)果表明
1. 當(dāng)過盈量為0.05mm時(shí),徑向應(yīng)力為壓應(yīng)力,周向應(yīng)力母線方向?yàn)槔瓚?yīng)力,齒圈方向?yàn)閴簯?yīng)力。從齒孔變形來看,齒圈方向變形大,母線方向變形小,鑲?cè)牒辖瘕X后,齒孔變成橢圓。
2. 過盈量達(dá)到0.08mm時(shí),過盈量增加60%,徑向壓應(yīng)力減小,減小幅度最大138.2%,并且出現(xiàn)拉應(yīng)力;周向均變?yōu)槔瓚?yīng)力,沿母線方向周向應(yīng)力變化不大,而沿齒圈方向周向拉應(yīng)力明顯增大,變化幅度為601.2%。
3. 過盈量為0.12mm時(shí),徑向和周向應(yīng)力均為拉應(yīng)力,且周向拉應(yīng)力增大,右側(cè)周向應(yīng)力增加739.50%。
由此可見,過盈量過大,導(dǎo)致孔表周向、徑向均受拉應(yīng)力作用,增加了裂紋產(chǎn)生的可能性。
同齒圈鄰孔牙齒影響
同排鄰孔壓齒后,測試孔的應(yīng)變和應(yīng)力變化見表3、表4。
測試結(jié)果顯示,同排鄰孔壓齒對測試孔孔表應(yīng)力有影響,但影響相對較小,大部分影響率在20%以下。
異排鄰孔壓齒影響
異排鄰孔壓齒后,測試孔孔口表面的應(yīng)變和應(yīng)力變化見表5、表6。
測試結(jié)果表明,異排鄰孔壓齒對測試孔應(yīng)力的影響明顯大于同排齒情況。通過對設(shè)計(jì)圖紙的分析,發(fā)現(xiàn)同排齒孔間距大于異排齒孔間距,這也是導(dǎo)致異排齒孔壓齒應(yīng)力影響較大的原因之一。
異排鄰孔壓齒導(dǎo)致測孔上下端周向拉應(yīng)力增加幅度較大,最大可達(dá)206.15%,其影響足以導(dǎo)致測孔孔壁屈服,甚至產(chǎn)生裂紋。
通過本次測試,得到以下結(jié)論
1. 單齒壓入時(shí),齒孔變形會受到牙輪縱橫向剛度差異的影響,在一定過盈量情況下,齒孔變形呈橢圓形;
2. 隨著過盈量的增加,齒孔孔表的周向應(yīng)力和徑向應(yīng)力都會轉(zhuǎn)變?yōu)槔瓚?yīng)力,這是導(dǎo)致齒孔產(chǎn)生裂紋的一個(gè)重要因素;
3. 鄰孔壓齒對測試孔裝配應(yīng)力有明顯的影響,其影響程度與齒孔孔距有關(guān);
4. 齒孔計(jì)算模型以及牙輪設(shè)計(jì)和加工過程中,必須考慮牙輪縱橫向剛度以及鄰孔壓齒的影響。