三牙轮钻头齿孔装配应力测试

三牙轮钻头齿孔装配应力是影响钻头正常使用的重要因素之一，其中齿孔过盈量的大小是一个非常重要的问题。本文采用应变电测法对三牙轮钻头齿孔表面进行了装配应力测试和分析，这对实际设计和加工过程中的过盈量的控制有重要意义。

测试目的

本次测试的目的是研究不同过盈量下齿孔表面的装配应力以及同排、异排邻孔压齿对测试孔孔表装配应力的影响。

测试方案

本次测试采用南京聚航科技有限的JHYC静态应变仪，全软件设置，多通道应变值实时显示，实时保存，可自动生成报表，功能多样。

测试件牙轮材料屈服强度：1095MPa；测试孔直径：20mm；测试过盈量：（C5、1、2）0.05mm；（C1、3、4）0.08mm；（C3、5、6）0.12mm。

测试步骤

1. 分别在C1、C3、C5三个齿孔表面粘贴应变片，应变片距齿孔边沿的距离为0.5mm；

2. 压C5齿，测其表面应变，然后压1齿，测C5齿应变，压2齿，测C5应变；

3. 分别压C1、3、4；C3、5、6齿，测C1、C3应变。

测试结果及分析

不同过盈量下压齿孔口表面的应力测试

按中值、上限值、超限值3种情况分别压齿，分别测出孔口表面的应变，计算出对应的应力值，见表1和表2。

测试结果表明

1. 当过盈量为0.05mm时，径向应力为压应力，周向应力母线方向为拉应力，齿圈方向为压应力。从齿孔变形来看，齿圈方向变形大，母线方向变形小，镶入合金齿后，齿孔变成椭圆。

2. 过盈量达到0.08mm时，过盈量增加60%，径向压应力减小，减小幅度最大138.2%，并且出现拉应力；周向均变为拉应力，沿母线方向周向应力变化不大，而沿齿圈方向周向拉应力明显增大，变化幅度为601.2%。

3. 过盈量为0.12mm时，径向和周向应力均为拉应力，且周向拉应力增大，右侧周向应力增加739.50%。

由此可见，过盈量过大，导致孔表周向、径向均受拉应力作用，增加了裂纹产生的可能性。

同齿圈邻孔牙齿影响

同排邻孔压齿后，测试孔的应变和应力变化见表3、表4。

测试结果显示，同排邻孔压齿对测试孔孔表应力有影响，但影响相对较小，大部分影响率在20%以下。

异排邻孔压齿影响

异排邻孔压齿后，测试孔孔口表面的应变和应力变化见表5、表6。

测试结果表明，异排邻孔压齿对测试孔应力的影响明显大于同排齿情况。通过对设计图纸的分析，发现同排齿孔间距大于异排齿孔间距，这也是导致异排齿孔压齿应力影响较大的原因之一。

异排邻孔压齿导致测孔上下端周向拉应力增加幅度较大，最大可达206.15%，其影响足以导致测孔孔壁屈服，甚至产生裂纹。

通过本次测试，得到以下结论

1. 单齿压入时，齿孔变形会受到牙轮纵横向刚度差异的影响，在一定过盈量情况下，齿孔变形呈椭圆形；

2. 随着过盈量的增加，齿孔孔表的周向应力和径向应力都会转变为拉应力，这是导致齿孔产生裂纹的一个重要因素；

3. 邻孔压齿对测试孔装配应力有明显的影响，其影响程度与齿孔孔距有关；

4. 齿孔计算模型以及牙轮设计和加工过程中，必须考虑牙轮纵横向刚度以及邻孔压齿的影响。