含热处理畸变的摆线齿准双曲面齿轮啮合特性研究

发布时间：2020-07-30 01:19

【摘要】：摆线齿准双曲面齿轮在高速重载下会出现齿面疲劳破损,通常会通过热处理提高齿面硬度,增加其耐磨性和抗疲劳性。通常情况下针对简单齿轮的淬火使用的是流速均匀的冷却介质下的热处理,主要研究热应变和组织应变对其精度的影响,而对于像形状比较复杂的摆线齿准双曲面齿轮来说,热处理时还需要考虑淬火冷却介质流动下,换热系数的变化对齿面质量的影响。齿轮动态力学特性的好坏会直接影响汽车的舒适性,其中高速重载下的承载力、冲击和振动噪声是目前研究的主要目标。因此,以摆线齿准双曲面齿轮为研究对象,对其进行了渗碳淬火热处理和动态啮合的全流程的数值模拟,具体内容如下:(1)摆线齿准双曲面齿轮热处理仿真研究难点主要在其组织演变及其热畸变,基于20CrMoH材料属性制定了热处理工艺;使用专业材料模拟软件JmatPro计算材料相转变及热物理性能;选用专业热处理仿真软件Deform-HT对齿轮进行热处理仿真;为了使仿真更加接近实际热处理效果,使用了考虑不同表面淬火冷却介质流速的换热系数动态边界条件进行淬火,得到了齿轮齿面、齿顶、齿根、底面和齿芯的碳元素分布、温度场分布、组织场分布和应力应变场分布;热处理后的齿轮齿面硬度、齿芯硬度、内孔椭圆度和底面内外平面度的仿真值均满足实际齿轮热处理要求。(2)为了保证重构出的齿面误差小、精度高,借助专业逆向处理软件Imageware对热处理后的摆线齿准双曲面齿轮点云数据进行预处理,并使用软件强大逆向功能重构齿轮齿面,并对齿面进行了误差分析,得到齿轮凹面和凸面的侧向偏差、负方向偏差、几何偏差、正法向偏差的最大值均小于齿轮直径的0.5%;最后使用UG完成齿轮模型逆向建模,并使用Adams软件对齿轮模型在正车、倒车、空挡前行和空挡后退工况下进行传动误差仿真,得出传动的相对误差都在0.13%以内。(3)摆线齿准双曲面齿轮模型复杂,因此使用专业网格划分软件Hypermesh对齿轮进行网格划分,并导入动力学仿真软件Abaqus中进行接触力学研究,得到正车、倒车、空挡前行和空挡后退工况下接触力和接触面积的变化规律。通过分析发现正车时大小轮间的接触力较小且稳定,接触面积波动小且周期性明显,齿轮传动稳定。空挡运行时大小轮间的接触力和接触面积数值较大且波动范围广,冲击较显著,齿轮损伤较大。(4)通过对摆线齿准双曲面齿轮渗碳淬火热处理和接触性能实验,通过对比得出数值模拟的齿轮齿面硬度和齿芯硬度与实验测量值相近。实测齿轮差曲面的大端、小端、齿根、齿顶附近的误差最大,数值模拟与实际测量结果趋势相似。数字化接触印痕与实际齿轮接触印痕位置大致相同,且倾斜率相差不大,只是接触区形状存在一点偏差。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41
【图文】：

主减速器

面主要有两种方式，一种是在已有的热处理软件数值模拟上，对变力学仿真，但这种方式对软件本身要求较高且需要其具备多种模块程度较大。另一种就是通过专业的热处理软件导出变形后的模型，模型重建再进行动力学仿真，这种逆向建模的方式源于 3D 技术在主流的逆向处理软件有 Geomagic studio 、Imageware、Icem 等，这提供了技术支撑。高速行驶中的舒适性和稳定性主要还是由齿轮在高速重载下的动态人们对汽车舒适、稳定性要求越来越高，要求齿轮在高速重载下具有振动噪声的目标也越来越明显。通过动力学仿真软件可以对摆线齿性进行研究，并且通过加入实际汽车在行驶过程中受力状况，这对具有重大意义。以摆线齿准双曲面齿轮为研究对象，通过对其进行渗碳淬火热处理数值模拟模拟，分析其热处理变形和触特征参量变化规律对提高摆计质量具有重要意义。

方法流程,齿轮热处理

并逐一对不同工况下的齿面接触特性进行了分析总结出齿面损伤严振巍等[31]通过建立刀具和机床的坐标系并基于加工原理推导出齿面理论方程计算出准双曲面齿轮齿面的离散点，使用 CATIA 重构了齿面并通过旋转布尔操作建立了齿轮模型，最后导入 Ansys 中在不同载荷情况下进行了动态接触文主要研究内容及研究思路上述对齿轮热处理仿真、齿轮逆向工程和齿轮动态接触分析研究现状可知，轮热处理工艺已相对成熟，齿轮逆向工程也慢慢受到研究学者的关注，对于际工况中动态接触研究也取得了不错的成果。齿轮传动系统的传动效率及使度上受到加工工艺和加工精度的影响和制约，尤其是热处理会加大齿轮变形前结合齿轮热处理仿真和动力学数值模拟的全流程仿真已有研究成果就非常能够更加直观分析齿轮热处理变形机理和触特征参量变化规律，对此进行了研究。本文的主要思路及所用方法如图 1.2 所示。

热处理工艺曲线,热处理工艺曲线

主要还集中在组织演变和热畸变上，加上热处理仿真包含加热、渗碳和淬火等多场耦合，因此影响其结果的因素较多，其中热处理工艺、材料热物理性能在众多因素中占有很大比重。随着热处理齿轮形状的复杂程度越来越高，淬火时仅仅使用静态淬火冷却介质下的换热系数已无法满足热处理后仿真的精度要求，因此面对齿面复杂的齿轮，对其进行淬火时还需考虑冷却介质流速对齿轮表面换热系数的影响，这对提高热处理齿轮表面质量意义重大。2.2 20CrMoH 热处理工艺摆线齿准双曲面齿轮通常由低碳合金钢制造而成，一般加工工艺流程为下料-锻造-预处理-机械加工-热处理-研齿-成品检验。其中整个含热处理过程分为预处理和热处理，而本文主要针对后者进行研究设计。预处理工艺为：用正火或者退火对锻后毛坯进行热处理，经过预处理的毛坯变形小，组织均匀，硬度适中，有利于后面的机械加工。20CrMoH 热处理工艺曲线如图 2.1 所示，主要包含预加热、预渗碳、渗碳、扩散、预冷、油淬和回火等过程。

【参考文献】