短幅摆线滚轮齿条激光淬火关键工艺参数及其有限元仿真

发布时间：2020-09-15 18:48

　　本课题面向精密机床等精密机械装备对高精度、低振动、零背隙传动装置的工程需求,以短幅摆线滚轮齿条的齿面激光淬火为目标,围绕激光淬火的扫描方式和淬火后的表面效果等问题展开研究,进行了短幅摆线滚轮齿条齿面激光淬火的ANSYS热力学仿真,并具体分析了影响齿面激光淬火的关键参数。为精密齿轮齿条激光淬火提供了技术基础,同时也为其它的特种热处理技术开发提供了相关借鉴,具有较好的工程技术价值。首先,总结了短幅摆线滚轮齿条传动的基本原理;具体分析了短幅摆线滚轮齿条的齿形由来以及相应的齿形方程;根据实际的需求对短幅摆线滚轮齿条的齿廓进行了适当的修形;分析了传动过程中的接触应力,由此建立了“齿条参数设计——齿面接触疲劳强度——齿面硬度需求”之间的联动关系,为后续进行短幅摆线滚轮齿条齿面激光淬火的工艺规划以及相关的参数影响分析提供了理论与模型上的支持,并为验证齿面激光淬火的合理性和可行性提供了依据。接着,介绍了激光淬火的基本原理和特点以及激光淬火工艺规划的一般过程和基本要求;对激光淬火过程中出现的齿廓法向角和齿廓临界角进行建模和详细分析;探讨了沿齿向方向和沿齿宽方向进行激光扫描的可行性和合理性;进行了激光淬火的功率密度建模并分析了相关设计参数对功率密度的影响,为下一章进行激光淬火的有限元仿真提供了基本规划。然后,进行了短幅摆线滚轮齿条激光淬火的热力学仿真,并对仿真的结果进行了深入的分析,应用ANSYS的“TimeHist PostPro”后处理显示器显示出各节点随时间变化的温度变化情况以及热源中心纵向延伸的各个节点随时间变化的温度变化情况。最后,基于前文中的有限元模型,选取功率P、入射角?、扫描速度v这三个关键参数,分别针对齿顶、?_m _(ax)、I_(min)、齿根四个关键齿廓位置,利用有限元方法进行了60组不同参数及位置的热力学仿真,获取了短幅摆线滚轮齿条激光淬火的温度场分布状态及关键参数影响规律。
【学位单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB115;TG162.73
【部分图文】：

滚轮,齿条,相对位置,顺时针方向

此时齿条与滚轮的啮合状态如图 2-3 所示。在此状态下，短幅摆线滚轮齿条与滚轮的滚柱之间的相对位置同图2-1，但是与图 2-1 不同的是，此时的滚轮已经向右移动了一个齿距的距离，用 p表示。

滚轮,齿条,啮合状态,运动状态

此时齿条与滚轮的相对位置如图2-2 所示。在如图所示的啮合状态中，齿条与滚柱 1、滚柱 2、滚柱 3 同时啮合，夹角逐渐变小。图 2-2 传动机构运动状态随着滚轮的旋转，当夹角逐渐趋向于 0 时，此时齿条与滚轮的啮合状态如图 2-3 所示。在此状态下，短幅摆线滚轮齿条与滚轮的滚柱之间的相对位置同图2-1，但是与图 2-1 不同的是，此时的滚轮已经向右移动了一个齿距的距离，用 p?

传动机构,运动状态,滚轮,短幅摆线

8图 2-3 传动机构运动状态综上所述，结合图 2-1 到图 2-3 的动态变化，可以得出结论：在短幅摆线滚轮齿条机构的传动过程中，齿条与滚轮两者之间的啮合状态按照图 2-1 到图 2-3所示成周期性的变化，也就是说，短幅摆线滚轮齿条机构的传动是通过齿条与滚轮滚柱之间相互啮合，从而驱动滚轮向前移动。2.1.2 传动机构的相关参数及其关系通过上述分析，根据相关的齿形原理和齿形方程，定义短幅摆线滚轮齿条传动机构的相关参数及其相互关系[47]，如下表 2-1 所示。表 2-1 传动机构的相关参数及其关系参数符号关系式滚轮分度圆半径 r r mz/2滚轮节圆半径 RyR mz/2 mC模数m—滚轮滚柱数

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