面齿轮磨削表层残余应力的研究与分析

发布时间：2017-10-28 13:35

  本文关键词：面齿轮磨削表层残余应力的研究与分析

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【摘要】：面齿轮传动是一种特殊的锥齿轮传动形式,是应用于现代工业行业中的一种重要的传动方式。但是随着对面齿轮加工精度的逐步提高,怎样加工出具有高精度复杂齿面的面齿轮成为工业制造业的一个关键性问题。对于高精度的面齿轮的加工,一般采用的是磨齿加工技术。本文就以研究面齿轮磨齿磨削温度场及表面残余应力方面进行了一系列的研究。基于齿轮啮合原理、微分几何等理论,建立面齿轮的加工坐标系和加工刀具、加工机床的坐标系。通过相关矩阵计算得到蝶形砂轮加工面齿轮的齿面方程。再应用MATLAB的离散点的坐标进行相关的拟合,得到面齿轮齿面模型。最后在PRO/E中得到面齿轮的三维实体模型,为后面温度场、应力场分析打下很好的基础。通过椭圆接触原理,在面齿轮齿面点磨削的基础上,求解出面齿轮温度场点磨削分析中的相关分析参数,如接触弧长,接触宽度等。对面齿轮齿面的各个方向上的点进行点磨削温度场分析,由ANSYS有限元分析导出分析结果。通过齿长方向和齿高方向对齿面上的磨削温度进行总结,并通过齿面曲率的理论分析对分析结果做出解释。最后使用红外测温仪对齿面进行实际温度测量,得到的结果与有限元分析结果相一致。对面齿轮磨齿齿面残余应力做了ANSYS有限元模拟与分析。结果表明:磨削后的面齿轮齿面上为残余压应力,齿面里层为残余拉应力;其齿面的残余应力的大小跟磨削条件和磨削用量有关,并着重分析了几个磨削用量对其造成影响的变化。并通过采用x射线衍射法测量出面齿轮齿面的表层残余应力分布,并与仿真模拟出来的结果进行对比,误差率较小,证明了有限元研究磨削残余应力的可行性。分析了齿面误差及残余应力产生的裂纹对面齿轮的影响,并根据齿面误差的产生规律分析出裂纹易产生的分布,得出消除磨削裂纹的本质在于消除齿面表层残余应力。并提出了一些消除残余应力的方法和建议。
【关键词】：面齿轮传动 ANSYS建模 磨削温度场 残余应力 有限元分析
【学位授予单位】：湖南工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG616
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题的来源背景与研究意义9-11
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 面齿轮制造技术及力热耦合与残余应力研究现状12-15
• 1.3.1 面齿轮磨削技术发展状况12-13
• 1.3.2 磨削加工的力热耦合研究进展13-14
• 1.3.3 磨削表层残余应力的研究14-15
• 1.4 论文研究内容和与思路15
• 1.5 本章小结15-17
• 第二章 正交面齿轮磨齿加工模型的建立17-26
• 2.1 面齿轮加工方式及蝶形砂轮磨削加工原理17-19
• 2.1.1 面齿轮磨齿加工方法17
• 2.1.2 磨齿加工原理17-19
• 2.2 蝶形砂轮磨削加工面齿轮齿面方程19-23
• 2.2.1 面齿轮磨削加工坐标系的推导19-20
• 2.2.2 插齿刀齿面方程20-21
• 2.2.3 面齿轮齿面方程21-23
• 2.3 面齿轮可视化实体模型的建立及实体加工23-25
• 2.3.1 面齿轮齿面模型及 3D实体模型的生成23-24
• 2.3.2 面齿轮实体模型的加工24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 面齿轮磨削温度场建模仿真及分析26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 面齿轮蝶形砂轮磨削理论与基本参数的确定26-30
• 3.2.1 曲面主曲率与主方向夹角的计算26-28
• 3.2.2 接触椭圆方程的建立28
• 3.2.3 磨削基本参数的确定28-30
• 3.3 面齿轮磨削温度场有限元仿真30-37
• 3.3.1 热分析基础知识30-31
• 3.3.2 磨削温度场有限元模型31-33
• 3.3.3 磨削温度场力热耦合有限元仿真分析33-37
• 3.4 磨削温度实验验证37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 基于力热耦合的面齿轮磨削残余应力研究40-49
• 4.1 引言40
• 4.2 面齿轮磨削残余应力的产生机理、分析方法与影响因素40-43
• 4.2.1 磨削残余应力的产生机理40-42
• 4.2.2 面齿轮磨削表层残余应力的影响因素及分析方法42-43
• 4.3 磨削残余应力的理论分析43-44
• 4.3.1 磨削应力应变场的热弹性塑形材料本构关系43-44
• 4.3.2 应力场计算的基本假设44
• 4.4 面齿轮力热耦合场的ANSYS有限元仿真分析44-47
• 4.4.1 磨削应力场分析44-45
• 4.4.2 磨齿残余应力的力热耦合有限元计算45-46
• 4.4.3 各磨削用量对磨齿表面残余应力的影响46-47
• 4.5 结论47-49
• 第五章 磨齿齿面残余应力的试验验证及其对齿面影响49-55
• 5.1 磨削齿面残余应力的试验验证49-51
• 5.1.1 实验原理与方法49-50
• 5.1.2 实验结果对比与分析50-51
• 5.2 磨削残余应力对齿面的影响51-53
• 5.2.1 齿面误差的影响51-52
• 5.2.2 磨削裂纹的产生及影响52-53
• 5.3 磨削残余应力的预防及应对方法53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 第六章 总结与展望55-57
• 6.1 总结55-56
• 6.2 全文展望56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间的主要成果60-61
• 1. 公开发表或录用的与学位论文相关的论文60
• 2. 参与的科研项目60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：1108496