三牙輪鉆頭齒孔裝配應(yīng)力測試

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，這對實際設(shè)計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)變值實時顯示，實時保存，可自動生成報表，功能多樣。

測試件牙輪材料屈服強度：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，徑向應(yīng)力為壓應(yīng)力，周向應(yīng)力母線方向為拉應(yīng)力，齒圈方向為壓應(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，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，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，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. 齒孔計算模型以及牙輪設(shè)計和加工過程中，必須考慮牙輪縱橫向剛度以及鄰孔壓齒的影響。