锻压技术

差速器半轴齿轮齿根断裂失效分析与优化

英文标题：Failure analysis and optimization on tooth root fracture for differential half shaft gear

单位：1. 江苏飞船股份有限公司江苏泰州 225300 2. 北京科技大学顺德创新学院广东佛山 528399 3. 中天钢铁集团有限公司技术中心江苏常州 213011 4.北京科技大学碳中和研究院北京 100083

分类号：TG142.1

出版年,卷(期):页码：2025,50(6):172-179

摘要：

为提高差速器半轴齿轮的抗疲劳性能与服役寿命，针对齿轮齿根断裂失效问题进行原因分析和工艺优化。通过静扭强度实验、可靠性实验及冲击实验发现，齿根断裂失效原因为齿根折叠缺陷导致应力集中。结合ANSYS应力仿真与金相分析，提出了模具优化方案，保持温锻模圆角半径与冷整形模圆角半径参数一致，降低了齿根缺陷深度；创新齿轮结构设计，采用封闭齿轮大端、齿根倒圆角以及提高齿轮背椎壁厚等措施。实验验证结果表明，优化后齿根处的折叠缺陷深度在0.02 mm以内，有效改善了齿根缺陷，提高了半轴齿轮的齿根弯曲强度和抗疲劳性能。

In order to improve the fatigue resistance and service life of differential half shaft gear, the cause analysis and process optimization were carried out for the tooth root fracture failure problem of the gear, and through static torsion strength test, reliability test and impact test, it was found that the cause of tooth root fracture failure was stress concentration caused by tooth root folding defects. Then, combining ANSYS stress simulation and metallographic analysis, a die optimization scheme was proposed to keep the parameters of the warm forging die fillet radius consistent with the cold shaping die fillet radius, and the depth of tooth root defects was reduced. Furthermore, the gear structure design was innovated by adopting the measures such as enclosing the large end of the gear, filleting the tooth root and increasing the wall thickness of the gear back cone. The test verification results show that after optimization, the depth of folding defects at the tooth root is within 0.02 mm, which effectively improves the tooth root defects and enhances the tooth root bending strength and fatigue resistance of the half shaft gear.

基金项目：

作者简介：左彪（1969-），男，大专，高级工程师，E-mail：zb6905@163.com；通信作者：张朝磊（1984-），男，博士，副教授，E-mail：zhangchaolei@ustb.edu.cn

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