三维表面粗糙度在齿轮磨削烧伤巴克豪森噪声检测中的应用

发布时间：2020-04-03 02:07

【摘要】：齿轮齿面的磨削烧伤会影响齿轮使用性能和寿命,是制约精密磨削质量的一个关键因素。齿轮磨削烧伤的研究对保证加工产品质量、提高企业生产效率具有重要的理论意义和工程应用价值。巴克豪森噪声(MBN)检测技术因其速度快、灵敏度高、操作简便、无损等优势在齿轮磨削烧伤检测中受到了广泛关注,成为国内外的研究热点。近年来,以MBN原理为基础研制的磁弹仪已经在零部件表面磨削烧伤检测中逐步得到应用。但是,MBN检测技术是一种比较测量法,需要通过标定试样得出烧伤的评定标准。关于齿轮磨削烧伤的评定,到目前为止,还没有相关的国家及行业标准作为依据。因此,在利用磁弹仪检测磨削烧伤之前,需要解决标定问题,制定出齿轮磨削烧伤的检验标准,以便能更好地将磁弹法应用于齿轮产品的磨削烧伤检测。齿轮烧伤检测具有重要的工程意义,而三维表面粗糙度是近年来研究的热点。因此,本文创新性地将三维表面粗糙度应用于齿轮烧伤的检测中,围绕MBN检测原理和系统分析、试样的三维表面粗糙度分析、标定试样的制作和加工方案的优化进行研究,采用Nd:YAG激光器对试样表面进行激光辐照并在空气中慢慢冷却的方法产生可控的人工热损伤来模拟磨削过程中由于机械加工过程中磨削区瞬时高温导致的磨削烧伤。首先,调整激光加工时的电压、脉宽和离焦量参数,控制产生不同的烧伤程度,完成同种加工工艺下的标定试样的制作,并结合烧伤后表面颜色的变化对激光热损伤程度进行分级。根据加工结果对参数进行优化,以提高加工后的表面质量,更好地控制产生的烧伤程度,优化后得到电压控制在600-700V,脉宽为5-7ms产生的烧伤比较理想,适合用作标定。其次,系统全面地介绍了三维表面粗糙度的发展、参数定义、测量方法及应用,将ISO 25178定义的三维参数应用到齿轮烧伤的表征中,并对最优测量结果的设置及三维表面参数在表征烧伤时的相关性进行了分析,明确了在表面烧伤表征时的参数选择,揭示了齿轮磨削烧伤后的三维表面粗糙度的改变以及三维参数与齿轮磨削烧伤MBN检测特征值随着激光加工参数的改变而呈现的变化规律,得出Sq、Sa、Sxp、Smc、Vv、Vvv、Vvc、Vmc、Sal、Str、Std、Ssk、Sku、Vm和Vmp可以很好地表征烧伤后与烧伤之前的改变,以及不同烧伤程度的表面粗糙度的变化。最后,根据MBN检测原理分析了影响MBN信号强度的因素,确定了实验所用汽车变速箱齿轮材料的最佳激励电压为8V,最佳激励频率为200Hz,并通过烧伤试样的MBN检测得到磁弹值的Max、Min、Avg、Max/Min、Max/Avg、Min/Avg、(Max-Min)和样本与平均值的偏差Dev。确定了本文所用的低碳合金钢材料的MBN检测烧伤的临界值为51。本文的创新点在于将三维表面粗糙度用于表征激光模拟烧伤的齿轮表面,并将三维表面粗糙度参数与激光加工参数建立联系,得出最优的表征参数,从而为齿轮表面烧伤的检测提供了新的思路和途径,推动了巴克豪森噪声检测技术在无损检测领域的应用。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG86

【参考文献】