齿轮激光熔覆再制造研究

发布时间：2017-08-10 17:06

  本文关键词：齿轮激光熔覆再制造研究

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【摘要】：齿轮是机械传动中重要的传动部件,其具有功率范围广、传动效率高、传动比正确以及使用寿命长等特点。齿轮在工作中是高副接触,由于高应力齿面会产生磨损、点蚀等损伤,重载时尤其严重,齿面磨损会影响齿轮的传动平稳性,严重时导致齿轮失效。对失效齿轮进行修复再制造,是降低企业成本,提高产品使用寿命的有效途径。本文结合激光熔覆优势,在满足齿轮工况条件下,对比选择了几种高强度合金粉末,采用合理的激光熔覆工艺参数对激光熔覆再制造齿轮进行了可行性的研究。主要的研究内容如下:利用有限元软件ANSYS的APDL参数化程序对直齿齿轮啮合过程中轮齿的等效应力进行了数值模拟,通过模拟分析对齿轮失效情况进行预测,为激光熔覆再制造材料及工艺选择提供理论依据。建立了在45号钢表面熔覆制备新材料的温度场有限元模型,考虑了材料的相变潜热、热物性参数以及对流换热等随温度变化的因素,得出了在制备过程中试样表面各点的温度变化规律,确定了熔覆过程是一个准稳态温度场。根据齿轮工作条件选取了合适的合金粉末,在45钢试样上完成了制备熔覆合金层的工艺试验,重点对激光熔覆扫描功率及扫描速度进行研究,为激光熔覆齿轮确定了科学合理的工艺参数以及最佳的熔覆材料,将熔覆完成后的试样进行了金相组织分析、耐磨性能以及显微硬度一系列研究,进一步确定所选取粉末能够满足齿轮的工作条件。完成了齿轮的修复再制造试验,设计了熔覆过程扫描工艺,采用跳齿扫描的方式进行熔覆,进一步证明了激光熔覆修复齿轮的可行性,熔覆后可在齿面获得性能优良的熔覆层,达到了对齿轮修复再制造的目的。
【关键词】：齿轮 激光熔覆 再制造 数值模拟
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究目的及意义11-12
• 1.2 齿轮的研究现状12-15
• 1.2.1 齿轮常用的材料12
• 1.2.2 齿轮的损伤失效形式12-13
• 1.2.3 齿轮的传统修复方法13-14
• 1.2.4 齿轮激光熔覆再制造研究现状14-15
• 1.3 课题来源与主要研究内容15-17
• 第2章 齿轮接触分析17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 赫兹理论17-18
• 2.3 ANSYS接触分析18-19
• 2.4 实体模型的建立19-20
• 2.4.1 建模方式的选择19-20
• 2.4.2 基于APDL参数化建模的优势20
• 2.5 直齿圆柱齿轮的齿廓方程20-22
• 2.5.1 渐开线方程及齿根过渡曲线方程21-22
• 2.6 APDL实现齿轮实体模型建立22-23
• 2.7 齿轮等效应力分析23-28
• 2.7.1 定义单元类型23-24
• 2.7.2 定义单元实常数和材料属性24
• 2.7.3 划分网格24-25
• 2.7.4 载荷步长选项25
• 2.7.5 设置边界条件以及加载25
• 2.7.6 模拟结果分析25-28
• 2.8 本章小结28-29
• 第3章 激光熔覆温度场分析29-44
• 3.1 引言29
• 3.2 激光熔覆温度场理论分析29-35
• 3.2.1 激光熔覆热过程的特点29-31
• 3.2.2 温度场模拟时的热源选择31-32
• 3.2.3 温度场理论分析32-35
• 3.3 激光熔覆温度场模拟分析35-36
• 3.4 有限元模型的建立36-39
• 3.4.1 模型的简化36-37
• 3.4.2 单元类型的确定与网格划分37-38
• 3.4.3 相变潜热的确定38-39
• 3.5 温度场的加载和求解39-40
• 3.5.1 热源及其效率39
• 3.5.2 边界条件的确定39-40
• 3.6 温度场模拟结果及分析40-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 熔覆材料选择及熔覆层性能分析44-57
• 4.1 引言44
• 4.2 齿轮材料和实验设备44-47
• 4.2.1 齿轮材料成分及性能分析44
• 4.2.2 大功率半导体激光熔覆成套设备44-45
• 4.2.3 半导体激光器光斑45-47
• 4.3 激光熔覆粉末选择47-49
• 4.3.1 熔覆层合金粉末选择原则47-48
• 4.3.2 熔覆层材料确定48-49
• 4.4 熔覆工艺参数的制定49-51
• 4.4.1 熔覆层质量受激光功率的影响49-50
• 4.4.2 熔覆层质量受扫描速度的影响50
• 4.4.3 熔覆层质量受送粉速度的影响50-51
• 4.5 组织及性能分析51-56
• 4.5.1 熔覆层金相组织分析52-53
• 4.5.2 耐磨性能测试53-55
• 4.5.3 显微硬度测试55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 齿面激光熔覆实验57-65
• 5.1 引言57
• 5.2 直齿齿轮激光熔覆的特点57-58
• 5.3 激光束与齿面的相对位置设计58-59
• 5.4 扫描工艺59-61
• 5.4.1 扫描顺序的确定59-61
• 5.4.2 跳齿扫描理论分析61
• 5.5 实验设备、材料及方法61-63
• 5.6 熔覆结果分析63
• 5.7 本章小结63-65
• 结论65-66
• 参考文献66-69
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果69-70
• 致谢70

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