本文關(guān)鍵詞：齒輪激光熔覆再制造研究

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【摘要】：齒輪是機(jī)械傳動(dòng)中重要的傳動(dòng)部件,其具有功率范圍廣、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比正確以及使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。齒輪在工作中是高副接觸,由于高應(yīng)力齒面會(huì)產(chǎn)生磨損、點(diǎn)蝕等損傷,重載時(shí)尤其嚴(yán)重,齒面磨損會(huì)影響齒輪的傳動(dòng)平穩(wěn)性,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致齒輪失效。對(duì)失效齒輪進(jìn)行修復(fù)再制造,是降低企業(yè)成本,提高產(chǎn)品使用壽命的有效途徑。本文結(jié)合激光熔覆優(yōu)勢(shì),在滿足齒輪工況條件下,對(duì)比選擇了幾種高強(qiáng)度合金粉末,采用合理的激光熔覆工藝參數(shù)對(duì)激光熔覆再制造齒輪進(jìn)行了可行性的研究。主要的研究?jī)?nèi)容如下:利用有限元軟件ANSYS的APDL參數(shù)化程序?qū)χ饼X齒輪嚙合過(guò)程中輪齒的等效應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)模擬分析對(duì)齒輪失效情況進(jìn)行預(yù)測(cè),為激光熔覆再制造材料及工藝選擇提供理論依據(jù)。建立了在45號(hào)鋼表面熔覆制備新材料的溫度場(chǎng)有限元模型,考慮了材料的相變潛熱、熱物性參數(shù)以及對(duì)流換熱等隨溫度變化的因素,得出了在制備過(guò)程中試樣表面各點(diǎn)的溫度變化規(guī)律,確定了熔覆過(guò)程是一個(gè)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。根據(jù)齒輪工作條件選取了合適的合金粉末,在45鋼試樣上完成了制備熔覆合金層的工藝試驗(yàn),重點(diǎn)對(duì)激光熔覆掃描功率及掃描速度進(jìn)行研究,為激光熔覆齒輪確定了科學(xué)合理的工藝參數(shù)以及最佳的熔覆材料,將熔覆完成后的試樣進(jìn)行了金相組織分析、耐磨性能以及顯微硬度一系列研究,進(jìn)一步確定所選取粉末能夠滿足齒輪的工作條件。完成了齒輪的修復(fù)再制造試驗(yàn),設(shè)計(jì)了熔覆過(guò)程掃描工藝,采用跳齒掃描的方式進(jìn)行熔覆,進(jìn)一步證明了激光熔覆修復(fù)齒輪的可行性,熔覆后可在齒面獲得性能優(yōu)良的熔覆層,達(dá)到了對(duì)齒輪修復(fù)再制造的目的。
【關(guān)鍵詞】：齒輪 激光熔覆 再制造 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 研究目的及意義11-12
• 1.2 齒輪的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 齒輪常用的材料12
• 1.2.2 齒輪的損傷失效形式12-13
• 1.2.3 齒輪的傳統(tǒng)修復(fù)方法13-14
• 1.2.4 齒輪激光熔覆再制造研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 課題來(lái)源與主要研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 齒輪接觸分析17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 赫茲理論17-18
• 2.3 ANSYS接觸分析18-19
• 2.4 實(shí)體模型的建立19-20
• 2.4.1 建模方式的選擇19-20
• 2.4.2 基于APDL參數(shù)化建模的優(yōu)勢(shì)20
• 2.5 直齒圓柱齒輪的齒廓方程20-22
• 2.5.1 漸開線方程及齒根過(guò)渡曲線方程21-22
• 2.6 APDL實(shí)現(xiàn)齒輪實(shí)體模型建立22-23
• 2.7 齒輪等效應(yīng)力分析23-28
• 2.7.1 定義單元類型23-24
• 2.7.2 定義單元實(shí)常數(shù)和材料屬性24
• 2.7.3 劃分網(wǎng)格24-25
• 2.7.4 載荷步長(zhǎng)選項(xiàng)25
• 2.7.5 設(shè)置邊界條件以及加載25
• 2.7.6 模擬結(jié)果分析25-28
• 2.8 本章小結(jié)28-29
• 第3章 激光熔覆溫度場(chǎng)分析29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 激光熔覆溫度場(chǎng)理論分析29-35
• 3.2.1 激光熔覆熱過(guò)程的特點(diǎn)29-31
• 3.2.2 溫度場(chǎng)模擬時(shí)的熱源選擇31-32
• 3.2.3 溫度場(chǎng)理論分析32-35
• 3.3 激光熔覆溫度場(chǎng)模擬分析35-36
• 3.4 有限元模型的建立36-39
• 3.4.1 模型的簡(jiǎn)化36-37
• 3.4.2 單元類型的確定與網(wǎng)格劃分37-38
• 3.4.3 相變潛熱的確定38-39
• 3.5 溫度場(chǎng)的加載和求解39-40
• 3.5.1 熱源及其效率39
• 3.5.2 邊界條件的確定39-40
• 3.6 溫度場(chǎng)模擬結(jié)果及分析40-43
• 3.7 本章小結(jié)43-44
• 第4章 熔覆材料選擇及熔覆層性能分析44-57
• 4.1 引言44
• 4.2 齒輪材料和實(shí)驗(yàn)設(shè)備44-47
• 4.2.1 齒輪材料成分及性能分析44
• 4.2.2 大功率半導(dǎo)體激光熔覆成套設(shè)備44-45
• 4.2.3 半導(dǎo)體激光器光斑45-47
• 4.3 激光熔覆粉末選擇47-49
• 4.3.1 熔覆層合金粉末選擇原則47-48
• 4.3.2 熔覆層材料確定48-49
• 4.4 熔覆工藝參數(shù)的制定49-51
• 4.4.1 熔覆層質(zhì)量受激光功率的影響49-50
• 4.4.2 熔覆層質(zhì)量受掃描速度的影響50
• 4.4.3 熔覆層質(zhì)量受送粉速度的影響50-51
• 4.5 組織及性能分析51-56
• 4.5.1 熔覆層金相組織分析52-53
• 4.5.2 耐磨性能測(cè)試53-55
• 4.5.3 顯微硬度測(cè)試55-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 第5章 齒面激光熔覆實(shí)驗(yàn)57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 直齒齒輪激光熔覆的特點(diǎn)57-58
• 5.3 激光束與齒面的相對(duì)位置設(shè)計(jì)58-59
• 5.4 掃描工藝59-61
• 5.4.1 掃描順序的確定59-61
• 5.4.2 跳齒掃描理論分析61
• 5.5 實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料及方法61-63
• 5.6 熔覆結(jié)果分析63
• 5.7 本章小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果69-70
• 致謝70

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