基于修正LP理论的航空齿轮钢滚动接触疲劳寿命研究

赵新浩; 吴吉展; 刘国亮; 李嘉玮; 卢泽华

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.018

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基于修正LP理论的航空齿轮钢滚动接触疲劳寿命研究

试验分析 | 更新时间：2026-01-17

- 基于修正LP理论的航空齿轮钢滚动接触疲劳寿命研究
- Study on rolling contact fatigue life of aviation gear steel based on modified LP theory
- 机械传动 2026年50卷第1期页码：142-154
- 作者机构：
  
  1.中国航发中传机械有限公司，长沙 410200
  2.中国航空发动机集团有限公司航空齿轮制造技术创新中心，长沙 410200
  3.重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室，重庆 400044
- 作者简介：
  
  赵新浩，男，1989年生，河南汤阴人，博士，高级工程师；主要研究方向为高性能高精密航空齿轮传动制造；zhaoxh729@qq.com。
  卢泽华，男，1993年生，四川宜宾人，博士，助理研究员；主要研究方向为航空齿轮传动系统高功率密度设计；zehualu@cqu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  航空科学基金项目(2024M0700Q9001);中国航空发动机集团航空齿轮制造技术创新中心开放基金项目(AGMTIC-KFKT-202406)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.018
  中图分类号： TH114
- 收稿：2024-09-07，
  
  纸质出版：2026-01-15
- 稿件说明：
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赵新浩，吴吉展，刘国亮，等. 基于修正LP理论的航空齿轮钢滚动接触疲劳寿命研究［J］ .机械传动，2026，50（1）：142-154.

ZHAO Xinhao，WU Jizhan，LIU Guoliang，et al. Study on rolling contact fatigue life of aviation gear steel based on modified LP theory［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：142-154.
赵新浩，吴吉展，刘国亮，等. 基于修正LP理论的航空齿轮钢滚动接触疲劳寿命研究［J］ .机械传动，2026，50（1）：142-154. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.018.

ZHAO Xinhao，WU Jizhan，LIU Guoliang，et al. Study on rolling contact fatigue life of aviation gear steel based on modified LP theory［J］. Journal of Mechanical Transmission，2026，50（1）：142-154. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2026.01.018.

摘要

目的

接触疲劳是高速、重载服役工况下齿轮的主要失效形式，已成为限制航空装备朝着高可靠、长寿命、高功率密度方向发展的主要技术瓶颈。为探究齿轮接触疲劳寿命的定量预测，开展了相关工作。

方法

首先，制备了400余件9310航空齿轮钢滚动接触疲劳试件并进行了5 000余小时的接触疲劳试验，探究了接触应力、滑差率等服役工况及渗碳磨削、喷丸强化、微粒喷丸、滚磨光整等工艺创成的表面完整性状态对滚动接触疲劳寿命的影响；其次，采用多元线性回归方法对伦德伯格-帕尔姆格伦（Lundberg-Palmgren

LP）理论进行修正，形成了基于服役工况和表面完整性参数的LP滚动接触疲劳寿命预测公式。

结果

研究发现，当滑差率从10%提升至30%时，在接触应力为3 000 MPa的条件下，接触疲劳寿命从2.28×10

r下降52.6%至1.08×10

r；当二次喷丸工艺的强化效果较好时，接触应力为3 000 MPa、滑差率为20%时的寿命从渗碳磨削状态的1.52×10

r提升113.8%至3.25×10

r；考虑服役工况和表面完整性的LP接触疲劳寿命预测公式的预测结果误差控制在2倍分散带以内，能够满足工程应用的要求。

Abstract

Objective

Contact fatigue failure is the primary failure mode for gears operating under extreme conditions such as high speed

heavy duty

and high temperature. It has become a significant technical bottleneck limiting the development of aviation equipment toward higher reliability

longer life

and higher power density. Predicting contact fatigue life is now a critical focus of both engineering and academic research. The quantitative prediction research of gear contact fatigue life was carried out.

Methods

Firstly

over 400 rolling contact fatigue specimens made from 9310 aviation gear steel were prepared and subjected to more than 5 000 hours of fatigue testing. The investigation examined the effects of service conditions

such as contact stress and slip rate

as well as surface integrity states created by over ten processes including carburizing grinding

shot peening

fine particle peening

and rolling finishing

on rolling contact fatigue life. Secondly

the Lundberg-Palmgren （LP） theory was modified using multiple linear regression methods

resulting in an LP rolling contact fatigue life prediction formula based on service conditions and surface integrity parameters.

Results

It is found that increasing the slip rate from 10% to 30% reduces the fatigue life at a contact stress of 3 000 MPa by 52.6%

from 2.28×10

r to 1.08×10

r. Additionally

when the contact stress is 3 000 MPa and the slip

rate is 20%

dual shot peening significantly improves fatigue life

increasing it by 113.8% from 1.52×10

r in the carburizing grinding state to 3.25×10

r. The derived LP contact fatigue life prediction formula

considering service conditions and surface integrity

demonstrates an error margin within twice dispersion band

thus meeting engineering application requirements.

关键词

Keywords

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