[发明专利]一种用于测量齿轮齿根周向残余应力的超声无损检测方法

说明书

一、技术领域

本发明提出了一种用于测量齿轮齿根残余应力的超声无损检测方法，该方法适用于齿轮齿根残余应力的无损测量。

二、背景技术

齿轮是汽车、拖拉机、机床等机器中的重要零件，它担负着传递运动、改变运动速度和运动方向的重要任务。因此，无论是在齿轮的制造过程中产生应力的情况，还是在工作时应力情况，都是人们进行研究的重要课题。

文献检索发现，论文：（赵熙雍.磨损牵引齿轮齿根应力的测定）中提到了用贴应变片的方法来测量齿根的应力，但这种方法仅局限于测量齿轮在运动过程中的受力情况，无法检测到齿根由于加工等因素产生的残余应力。论文：（戴进.齿轮齿根动应力分析及其结构优化设计[D].长沙:中南大学,2008.）一文中提到了用有限元分析的方法进行齿根应力的计算，这是一种基于计算机的模拟方法，人为因素很大，网格划分的不同会很大程度上影响到应力的最终检测结果。专利：（姜传海,等.小曲面齿轮根部喷丸层残余应力的检测方法[P].专利号：CN102628815A，2012）公开了一种依据齿轮曲率半径制备不同尺寸的矩形衍射挡板，测量出在不同尺寸挡板条件下，曲面齿轮根部残余应力值，获得矩形挡板宽度与残余应力值之间的关系，这是一种基于X射线的应力检测方法，要求齿轮齿根表面基本平整且要经过适当的化学处理，裸露出晶格，并且要反复调整X射线的入射角度，以便能得到在合适的衍射角度上有一定的强度，操作繁杂，影响因素多，准确度不高，实际应用受到很大限制。

本文提出的是一种利用超声波技术来检测齿轮齿根残余应力的方法，该方法对残余应力敏感度高，测量操作方便、速度快，不仅可以测量齿轮根部的轴向残余应力，还可以测量齿根轴向残余应力，非常适合现场使用。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种用于齿轮齿根残余应力测量的超声无损检测方法，用来准确快速的进行齿轮根部残余应力的检测。达到准确、无损、快速的目的。

本发明的具体技术方案如下：

（1）根据齿轮特殊的尺寸和曲面结构研究出两楔块分别置于两齿面来测量齿根残余应力的方法。

（2）根据齿轮特殊的尺寸和曲面结构设计了可以用于齿根残余应力测量的声楔块，该特殊设计的声楔块材料声速低于被测齿轮材料的声速。

（3）根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的介质传播到波速较快的介质当中时（如，从该声楔块入射到齿面）会发生折射现象，当纵波折射角度等于90^°时对应的入射角度称为第一临界角，折射纵波将沿齿轮的表面传播，即临界折射纵波（英文：Longitudinal critically refracted wave—英文简称L_CR波）。根据L_CR波的理论特点，通过实验验证了L_CR在齿轮这种特殊曲面的传播规律。

四、附图说明

图1齿轮齿根应力测量示意图；

图2拉伸试样图；

图3压缩试样图；

图4紫铜楔块图。

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

1、L_CR波的激发

根据Snell定律，当超声纵波从波速较慢的声楔块传播到波速较快的齿轮材料当中时会发生折射现象，当纵波折射角度等于90°时对应的入射角度称为第一临界角，计算公式如下所示。

θcr=sin-1(V/V2)]]>

式中：

V₁—波速较慢的介质中超声纵波传播速度(m/s)；

V₂—波速较快的介质中超声纵波传播速度(m/s)。

θ_cr—第一临界角(°）；

折射纵波将沿齿轮的传播表层内传播。

根据齿轮的齿廓形状，在齿面放置声楔块的位置找出渐开线在这点的切线，根据Snell定律和在声楔块材料和齿轮材料中的声速计算出在这点的第一临界角。

2、超声波测应力原理