發(fā)布時(shí)間：2020-06-08 23:33

【摘要】：超越離合器是實(shí)現(xiàn)飛機(jī)動(dòng)力傳遞與分離功能的關(guān)鍵部件,需要滿(mǎn)足高轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)壽命及高可靠性的工況要求,但該產(chǎn)品長(zhǎng)期以來(lái)依賴(lài)進(jìn)口,嚴(yán)重制約了我國(guó)航空產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。本研究針對(duì)我國(guó)航空超越離合器用楔塊存在的成形精度差與壽命短問(wèn)題,開(kāi)展其精密成形與表面強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)研究。在楔塊的精密成形技術(shù)研究方面,探索了一種“線切割+磨削+精密研磨拋光”的新型成形工藝,并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究及工藝參數(shù)優(yōu)化。在楔塊表面強(qiáng)化技術(shù)研究方面,根據(jù)楔塊用GCr15、9Cr18和Cr4Mo4V軸承鋼的各自特點(diǎn),采用滲硼、硼鉻共滲、低溫滲碳及鹽浴滲氮多種工藝制備強(qiáng)化滲層,并對(duì)滲層的組織與性能進(jìn)行了研究。研究了航空超越離合器用楔塊的精密成形技術(shù)。在線切割精密成形方面,研究了峰值電流、脈寬時(shí)間和脈間時(shí)間參數(shù)對(duì)GCr15軸承鋼加工效果的影響,并對(duì)電加工參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,在峰值電流為2 A、脈寬時(shí)間為1μs、脈間時(shí)間為4μs時(shí),獲得最佳綜合效果,試樣表面粗糙度可達(dá)到Ra 0.76,加工效率為10.1 mm2/min。在磨加工成形方面,以磨削工藝參數(shù)(磨削深度A_p、砂輪轉(zhuǎn)速V_S和工件速度V_w)為優(yōu)化變量,對(duì)磨加工工序進(jìn)行優(yōu)化,當(dāng)A_p=50μm,V_s=30 m/s,V_w=2.1 m/min時(shí),能夠獲得最優(yōu)效果。在精密研磨拋光方面,研究了不同研磨拋光方式對(duì)加工效果的影響,并對(duì)磨料及研磨拋光工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果表明:離心拋光效果優(yōu)于振動(dòng)拋光,粗研磨料選用斜圓柱形棕剛玉,精研磨料選用φ2×10mm的氧化鋁陶瓷,容積比1:5,時(shí)間6 h條件下,能夠獲得最優(yōu)加工效果。通過(guò)楔塊精密成形技術(shù)的綜合研究,最終獲得的楔塊零件直線度≤2μm、表面粗糙度Ra 0.13,且表面無(wú)磕碰傷、脫碳等缺陷,與已有的國(guó)內(nèi)外同類(lèi)技術(shù)相比,有大幅提升。研究了滲硼工藝參數(shù)對(duì)GCr15、9Cr18和Cr4Mo4V軸承鋼滲層組織與性能的影響。采用固態(tài)滲硼法,在三種材料表面制備了均勻致密的滲硼層,根據(jù)基體材料的不同,GCr15、9Cr18和Cr4Mo4V滲層相組成別為(FeB、Fe_2B)、(FeB、Fe_2B、CrB)和(FeB、Fe_2B、CrB、Mo_2B),根據(jù)處理溫度與時(shí)間的不同,滲層的硬度變化范圍為(1630-1950)、(1830-2140)和(1940-2210)HV,厚度變化范圍為(33.4-318.5)、(9.3-97.2)和(14.4-147.8)μm,擴(kuò)散激活能分別為188.6、203.7和195.4 KJ/mol。研究了TRD(Thermal Reactive Diffusion)預(yù)滲鉻處理對(duì)GCr15軸承鋼滲硼層的影響。在硼處理前,采用固態(tài)TRD滲鉻法,在GCr15軸承鋼表面制備了厚度均勻的預(yù)滲鉻層,與單一滲硼工藝相比,“TRD預(yù)滲鉻+滲硼”處理能改善滲層的表面粗糙度,并大幅降低滲層的脆性,使其結(jié)合力獲得提升。研究了9Cr18不銹軸承鋼和Cr4Mo4V高溫軸承鋼的二次硬化技術(shù)。9Cr18經(jīng)低溫滲碳處理后,獲得了致密度高,厚度均勻的滲層。滲層表面的相組成主要為過(guò)飽和馬氏體(α'_C)、滲碳體和鉻碳化合物,滲層表面硬度變化范圍為1430-1720 HV,與處理前相比,提高了2-3倍。Cr4Mo4V經(jīng)鹽浴滲氮處理可以獲得有效滲氮層,表面的相組成主要為過(guò)飽和馬氏體(α'_N)、鐵氮化合物和鉻氮化合物,滲層表面硬度變化范圍1035-1245 HV,與處理前相比,硬度提高了1.3-1.6倍。研究了不同表面強(qiáng)化處理?xiàng)l件下滲層的摩擦與疲勞性能。經(jīng)滲硼和“TRD預(yù)滲鉻處理+滲硼”強(qiáng)化處理后,GCr15軸承鋼的穩(wěn)態(tài)摩擦系數(shù)降低,比磨損率分別下降了77.6%和88.6%。經(jīng)滲硼和低溫滲碳強(qiáng)化處理后,9Cr18軸承鋼的比磨損率分別下降了71.6%與93.7%。經(jīng)滲硼和鹽浴滲氮強(qiáng)化處理后,Cr4Mo4V軸承鋼的比磨損率分別下降了52.5%和81.4%。研制了超越離合器專(zhuān)用疲勞性能試驗(yàn)機(jī),對(duì)滲層的疲勞特性進(jìn)行了測(cè)試。在淬-回火處理?xiàng)l件下,GCr15失效時(shí)間最短而Cr4Mo4V的效果最好。與目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)用楔塊表面強(qiáng)化方案相比,GCr15-滲硼、GCr15-TRD預(yù)滲鉻處理+滲硼、9Cr18-滲硼、9Cr18-低溫滲碳方案在16萬(wàn)次疲勞性能試驗(yàn)后,滲層剝落寬度分別降低了11.89%、36.56%、1.32%、35.68%,獲得明顯提升。通過(guò)本課題的研究,解決了航空超越離合器用楔塊的精密成形及其表面強(qiáng)化關(guān)鍵問(wèn)題,使楔塊的加工質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,表面強(qiáng)化效果大幅提升,為航空超越離合器的國(guó)產(chǎn)化推進(jìn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。
【圖文】：

1.2.1航空超越離合器的主要結(jié)構(gòu)形式與發(fā)展現(xiàn)狀目前航空用超越離合器主要可以分為三類(lèi)：滾柱式超越離合器、彈簧式超越合器和斜撐式超越離合器。滾柱式超越離合器以滾柱為承載元件，利用其楔合作用傳扭，是最早應(yīng)用于空領(lǐng)域的超越離合器。其結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示，滾柱離合器由內(nèi)星輪軸、外環(huán)、圓柱子、預(yù)緊彈簧和彈簧銷(xiāo)組成。離合器的內(nèi)星輪上具有平直結(jié)構(gòu)與滾柱接觸，彈簧 機(jī)構(gòu)給滾柱一個(gè)恒定的彈簧力，使?jié)L柱與星輪、外環(huán)保持穩(wěn)定接觸。當(dāng)外環(huán)相對(duì)星輪向傳扭方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，摩擦力與彈簧力的協(xié)同作用使?jié)L柱在內(nèi)星輪與外環(huán)之間緊，內(nèi)星輪和外環(huán)同步運(yùn)動(dòng)，離合器進(jìn)入傳扭工作模式。當(dāng)外環(huán)相對(duì)于內(nèi)星輪向越方向旋轉(zhuǎn)，，由于摩擦力的作用滾柱從楔緊狀態(tài)脫開(kāi)，內(nèi)星輪與外環(huán)的運(yùn)動(dòng)分離根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，滾柱式超越離合器可以將內(nèi)軸或外環(huán)加工成星輪結(jié)構(gòu)，其基本作原理相同。

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文有兩端徑向尺寸大、中間徑向尺寸小的特點(diǎn)，采用該結(jié)構(gòu)的目的在于安裝于輸出軸之間時(shí)，彈簧兩端與輸入-輸出軸形成過(guò)盈配合而中間部位形成間隙配合。入軸與輸出軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向使彈簧擴(kuò)張時(shí)，彈簧整體擴(kuò)張中間部位徑向尺寸與輸入-輸出軸接觸，進(jìn)入扭矩傳遞狀態(tài)。當(dāng)輸入軸與輸出軸的相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向使收縮時(shí)，彈簧處于打滑摩擦狀態(tài)，輸入軸與輸出軸運(yùn)動(dòng)脫離，離合器進(jìn)入超越。彈簧式離合器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，傳動(dòng)能力高的優(yōu)點(diǎn)。但受限于材料性工精度等多方面的原因，國(guó)內(nèi)彈簧式超越離合器還處于概念階段尚未能獲得實(shí)用。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：V261

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