Analysis of plastic hole expansion under gear interference fit

WEN Chao; GU Jianfeng; ZHANG Hong; LI Zhengminqing; HUANG Bo

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.013

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Analysis of plastic hole expansion under gear interference fit

Test·Analysis | 更新时间：2025-09-20

- Analysis of plastic hole expansion under gear interference fit
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 9, Pages: 102-111(2025)
- 作者机构：
  
  1.上海交通大学材料科学与工程学院材料改性与数值模拟研究所，上海 200240
  2.中车戚墅堰机车车辆工艺研究所股份有限公司，常州 213011
  3.南京航空航天大学机电学院，南京 210016
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.013
  CLC： TH11
- Received：17 May 2024，
  
  Revised：2024-10-06，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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文超，顾剑锋，张红，等. 齿轮过盈配合下的塑性扩孔分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：102-111.

WEN Chao，GU Jianfeng，ZHANG Hong，et al. Analysis of plastic hole expansion under gear interference fit［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：102-111.
文超，顾剑锋，张红，等. 齿轮过盈配合下的塑性扩孔分析［J］. 机械传动，2025，49（9）：102-111. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.013.

WEN Chao，GU Jianfeng，ZHANG Hong，et al. Analysis of plastic hole expansion under gear interference fit［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：102-111. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.013.

摘要

目的

机车传动系统中，齿轮-轴过盈配合在长期啮合冲击和残余应力松弛作用下易发生塑性扩孔，导致过盈量减小并引发安全隐患。因此，揭示齿轮过盈配合的塑性扩孔机制十分重要。

方法

针对齿轮的塑性扩孔现象，基于建立的轴孔过盈配合模型，计算了轴孔过盈配合时允许的过盈量；建立了塑性变形量随循环载荷变化的数学模型，分析了过盈配合下的轴孔受力对过盈量的影响规律，研究了残余应力对齿轮内孔应力分布的影响。在此基础上，设计试验件并开展了齿轮塑性扩孔试验。

结果

结果表明，过盈配合面受力最大，且齿轮和轴的受力随过盈量增大而增大；残余应力会使齿轮内部的应力在径向和轴向分布上出现明显变化；开展的原理性试验证明了轴孔过盈配合下发生塑性扩孔理论预测模型的准确性。

Abstract

Objective

In the locomotive transmission system

the gear-shaft interference fit is prone to plastic hole expansion under long-term meshing impact and residual stress relaxation

leading to a reduction in interference magnitude and potential safety hazards. Therefore

it is crucial to reveal the plastic hole expansion mechanism of gear interference fits.

Methods

Aiming at the plastic hole expansion phenomenon of gears

based on the established shaft-hole interference fit model

the allowable interference magnitude for shaft-hole interference fit was calculated. A mathematical model describing the variation of plastic deformation with cyclic load was established

the influence law of shaft-hole force on interference magnitude under interference fit was analyzed

and the effect of residual stress on the stress distribution of gear inner hole was investigated. On this basis

test pieces were designed

and gear plastic hole expansion tests were carried out.

Results

The results show that the maximum force is borne on the interference fit surface

and the forces on the gear and shaft increase with the increase of interference magnitude. Residual stress causes significant changes in the radial and axial distribution of stress inside the gear. The principle-based tests conducted verify the accuracy of the theoretical prediction model for plastic hole expansion under shaft-hole interference fit.

关键词

Keywords

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