[發明專利]一種用于測量齒輪齒根周向殘余應力的超聲無損檢測方法

無效

• 申請號: 201410090904.8
• 申請日: 2014-03-12
• 公開（公告）號: CN103808806A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 徐春廣;靳鑫;潘勤學;宋文濤;李驍;劉帥;李煥新
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一、技術領域

本發明提出了一種用于測量齒輪齒根殘余應力的超聲無損檢測方法，該方法適用于齒輪齒根殘余應力的無損測量。

二、背景技術

齒輪是汽車、拖拉機、機床等機器中的重要零件，它擔負著傳遞運動、改變運動速度和運動方向的重要任務。因此，無論是在齒輪的制造過程中產生應力的情況，還是在工作時應力情況，都是人們進行研究的重要課題。

文獻檢索發現，論文：（趙熙雍.磨損牽引齒輪齒根應力的測定）中提到了用貼應變片的方法來測量齒根的應力，但這種方法僅局限于測量齒輪在運動過程中的受力情況，無法檢測到齒根由于加工等因素產生的殘余應力。論文：（戴進.齒輪齒根動應力分析及其結構優化設計[D].長沙:中南大學,2008.）一文中提到了用有限元分析的方法進行齒根應力的計算，這是一種基于計算機的模擬方法，人為因素很大，網格劃分的不同會很大程度上影響到應力的最終檢測結果。專利：（姜傳海,等.小曲面齒輪根部噴丸層殘余應力的檢測方法[P].專利號：CN102628815A，2012）公開了一種依據齒輪曲率半徑制備不同尺寸的矩形衍射擋板，測量出在不同尺寸擋板條件下，曲面齒輪根部殘余應力值，獲得矩形擋板寬度與殘余應力值之間的關系，這是一種基于X射線的應力檢測方法，要求齒輪齒根表面基本平整且要經過適當的化學處理，裸露出晶格，并且要反復調整X射線的入射角度，以便能得到在合適的衍射角度上有一定的強度，操作繁雜，影響因素多，準確度不高，實際應用受到很大限制。

本文提出的是一種利用超聲波技術來檢測齒輪齒根殘余應力的方法，該方法對殘余應力敏感度高，測量操作方便、速度快，不僅可以測量齒輪根部的軸向殘余應力，還可以測量齒根軸向殘余應力，非常適合現場使用。

三、發明內容

本發明的目的是提供一種用于齒輪齒根殘余應力測量的超聲無損檢測方法，用來準確快速的進行齒輪根部殘余應力的檢測。達到準確、無損、快速的目的。

本發明的具體技術方案如下：

（1）根據齒輪特殊的尺寸和曲面結構研究出兩楔塊分別置于兩齒面來測量齒根殘余應力的方法。

（2）根據齒輪特殊的尺寸和曲面結構設計了可以用于齒根殘余應力測量的聲楔塊，該特殊設計的聲楔塊材料聲速低于被測齒輪材料的聲速。

（3）根據Snell定律，當超聲縱波從波速較慢的介質傳播到波速較快的介質當中時（如，從該聲楔塊入射到齒面）會發生折射現象，當縱波折射角度等于90^°時對應的入射角度稱為第一臨界角，折射縱波將沿齒輪的表面傳播，即臨界折射縱波（英文：Longitudinal?critically?refracted?wave—英文簡稱L_CR波）。根據L_CR波的理論特點，通過實驗驗證了L_CR在齒輪這種特殊曲面的傳播規律。

四、附圖說明

圖1齒輪齒根應力測量示意圖；

圖2拉伸試樣圖；

圖3壓縮試樣圖；

圖4紫銅楔塊圖。

五、具體實施方式

下面對本發明的具體實施方式進行詳細說明：

1、L_CR波的激發

根據Snell定律，當超聲縱波從波速較慢的聲楔塊傳播到波速較快的齒輪材料當中時會發生折射現象，當縱波折射角度等于90°時對應的入射角度稱為第一臨界角，計算公式如下所示。

θcr=sin-1(V/V2)]]>

式中：

V₁—波速較慢的介質中超聲縱波傳播速度(m/s)；

V₂—波速較快的介質中超聲縱波傳播速度(m/s)。

θ_cr—第一臨界角(°）；

折射縱波將沿齒輪的傳播表層內傳播。

根據齒輪的齒廓形狀，在齒面放置聲楔塊的位置找出漸開線在這點的切線，根據Snell定律和在聲楔塊材料和齒輪材料中的聲速計算出在這點的第一臨界角。

2、超聲波測應力原理