【摘要】：擺線齒準雙曲面齒輪在高速重載下會出現(xiàn)齒面疲勞破損,通常會通過熱處理提高齒面硬度,增加其耐磨性和抗疲勞性。通常情況下針對簡單齒輪的淬火使用的是流速均勻的冷卻介質(zhì)下的熱處理,主要研究熱應(yīng)變和組織應(yīng)變對其精度的影響,而對于像形狀比較復(fù)雜的擺線齒準雙曲面齒輪來說,熱處理時還需要考慮淬火冷卻介質(zhì)流動下,換熱系數(shù)的變化對齒面質(zhì)量的影響。齒輪動態(tài)力學特性的好壞會直接影響汽車的舒適性,其中高速重載下的承載力、沖擊和振動噪聲是目前研究的主要目標。因此,以擺線齒準雙曲面齒輪為研究對象,對其進行了滲碳淬火熱處理和動態(tài)嚙合的全流程的數(shù)值模擬,具體內(nèi)容如下:(1)擺線齒準雙曲面齒輪熱處理仿真研究難點主要在其組織演變及其熱畸變,基于20CrMoH材料屬性制定了熱處理工藝;使用專業(yè)材料模擬軟件JmatPro計算材料相轉(zhuǎn)變及熱物理性能;選用專業(yè)熱處理仿真軟件Deform-HT對齒輪進行熱處理仿真;為了使仿真更加接近實際熱處理效果,使用了考慮不同表面淬火冷卻介質(zhì)流速的換熱系數(shù)動態(tài)邊界條件進行淬火,得到了齒輪齒面、齒頂、齒根、底面和齒芯的碳元素分布、溫度場分布、組織場分布和應(yīng)力應(yīng)變場分布;熱處理后的齒輪齒面硬度、齒芯硬度、內(nèi)孔橢圓度和底面內(nèi)外平面度的仿真值均滿足實際齒輪熱處理要求。(2)為了保證重構(gòu)出的齒面誤差小、精度高,借助專業(yè)逆向處理軟件Imageware對熱處理后的擺線齒準雙曲面齒輪點云數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,并使用軟件強大逆向功能重構(gòu)齒輪齒面,并對齒面進行了誤差分析,得到齒輪凹面和凸面的側(cè)向偏差、負方向偏差、幾何偏差、正法向偏差的最大值均小于齒輪直徑的0.5%;最后使用UG完成齒輪模型逆向建模,并使用Adams軟件對齒輪模型在正車、倒車、空擋前行和空擋后退工況下進行傳動誤差仿真,得出傳動的相對誤差都在0.13%以內(nèi)。(3)擺線齒準雙曲面齒輪模型復(fù)雜,因此使用專業(yè)網(wǎng)格劃分軟件Hypermesh對齒輪進行網(wǎng)格劃分,并導入動力學仿真軟件Abaqus中進行接觸力學研究,得到正車、倒車、空擋前行和空擋后退工況下接觸力和接觸面積的變化規(guī)律。通過分析發(fā)現(xiàn)正車時大小輪間的接觸力較小且穩(wěn)定,接觸面積波動小且周期性明顯,齒輪傳動穩(wěn)定�？論踹\行時大小輪間的接觸力和接觸面積數(shù)值較大且波動范圍廣,沖擊較顯著,齒輪損傷較大。(4)通過對擺線齒準雙曲面齒輪滲碳淬火熱處理和接觸性能實驗,通過對比得出數(shù)值模擬的齒輪齒面硬度和齒芯硬度與實驗測量值相近。實測齒輪差曲面的大端、小端、齒根、齒頂附近的誤差最大,數(shù)值模擬與實際測量結(jié)果趨勢相似。數(shù)字化接觸印痕與實際齒輪接觸印痕位置大致相同,且傾斜率相差不大,只是接觸區(qū)形狀存在一點偏差。
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH132.41
【圖文】：

面主要有兩種方式，一種是在已有的熱處理軟件數(shù)值模擬上，對變力學仿真，但這種方式對軟件本身要求較高且需要其具備多種模塊程度較大。另一種就是通過專業(yè)的熱處理軟件導出變形后的模型，模型重建再進行動力學仿真，這種逆向建模的方式源于 3D 技術(shù)在主流的逆向處理軟件有 Geomagic studio 、Imageware、Icem 等，這提供了技術(shù)支撐。高速行駛中的舒適性和穩(wěn)定性主要還是由齒輪在高速重載下的動態(tài)人們對汽車舒適、穩(wěn)定性要求越來越高，要求齒輪在高速重載下具有振動噪聲的目標也越來越明顯。通過動力學仿真軟件可以對擺線齒性進行研究，并且通過加入實際汽車在行駛過程中受力狀況，這對具有重大意義。以擺線齒準雙曲面齒輪為研究對象，通過對其進行滲碳淬火熱處理數(shù)值模擬模擬，分析其熱處理變形和觸特征參量變化規(guī)律對提高擺計質(zhì)量具有重要意義。

并逐一對不同工況下的齒面接觸特性進行了分析總結(jié)出齒面損傷嚴振巍等[31]通過建立刀具和機床的坐標系并基于加工原理推導出齒面理論方程 計算出準雙曲面齒輪齒面的離散點，使用 CATIA 重構(gòu)了齒面并通過旋轉(zhuǎn)布爾操作建立了齒輪模型，最后導入 Ansys 中在不同載荷情況下進行了動態(tài)接觸文主要研究內(nèi)容及研究思路上述對齒輪熱處理仿真、齒輪逆向工程和齒輪動態(tài)接觸分析研究現(xiàn)狀可知，輪熱處理工藝已相對成熟，齒輪逆向工程也慢慢受到研究學者的關(guān)注，對于際工況中動態(tài)接觸研究也取得了不錯的成果。齒輪傳動系統(tǒng)的傳動效率及使度上受到加工工藝和加工精度的影響和制約，尤其是熱處理會加大齒輪變形前結(jié)合齒輪熱處理仿真和動力學數(shù)值模擬的全流程仿真已有研究成果就非常能夠更加直觀分析齒輪熱處理變形機理和觸特征參量變化規(guī)律，對此進行了研究。本文的主要思路及所用方法如圖 1.2 所示。

主要還集中在組織演變和熱畸變上，加上熱處理仿真包含加熱、滲碳和淬火等多場耦合，因此影響其結(jié)果的因素較多，其中熱處理工藝、材料熱物理性能在眾多因素中占有很大比重。隨著熱處理齒輪形狀的復(fù)雜程度越來越高，淬火時僅僅使用靜態(tài)淬火冷卻介質(zhì)下的換熱系數(shù)已無法滿足熱處理后仿真的精度要求，因此面對齒面復(fù)雜的齒輪，對其進行淬火時還需考慮冷卻介質(zhì)流速對齒輪表面換熱系數(shù)的影響，這對提高熱處理齒輪表面質(zhì)量意義重大。2.2 20CrMoH 熱處理工藝擺線齒準雙曲面齒輪通常由低碳合金鋼制造而成，一般加工工藝流程為下料-鍛造-預(yù)處理-機械加工-熱處理-研齒-成品檢驗。其中整個含熱處理過程分為預(yù)處理和熱處理，而本文主要針對后者進行研究設(shè)計。預(yù)處理工藝為：用正火或者退火對鍛后毛坯進行熱處理，經(jīng)過預(yù)處理的毛坯變形小，組織均勻，硬度適中，有利于后面的機械加工。20CrMoH 熱處理工藝曲線如圖 2.1 所示，主要包含預(yù)加熱、預(yù)滲碳、滲碳、擴散、預(yù)冷、油淬和回火等過程。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號：2774779