网格型仿生表面形态汽车齿轮抗疲劳性能研究与数值模拟
发布时间：2023-04-02 14:16
在汽车行驶过程中，汽车变速箱齿轮就成为了传递动力的主要载体之一，但是，由于齿面长期承受滚动与滑动交变的接触应力作用，使得齿根长期承受弯曲应力作用，轮齿次表层将出现疲劳裂纹的形核与扩展，最终导致断齿。这就将造成不可估量与不可挽回的人民群众生命财产安全方面的损失，由此可见，增强汽车变速箱齿轮的抗疲劳性能对人民群众的生产生活具有十分重要的现实意义。本文以工程仿生学的研究方法为基础，采用激光表面热处理技术在齿轮表面局部区域制备网格型仿生表面形态，进而改善齿轮的抗疲劳性能，并应用有限元软件进行数值分析，从多个方面研究仿生表面形态对齿轮抗疲劳性能的影响。 本文主要工作与结论如下： 根据工程仿生学的研究方法，设计了9组网格型仿生表面形态参数组合，并以CT—200Ⅱ数控激光刻花机作为实现仿生表面形态的主要设备，在齿轮表面局部区域制备仿生表面形态，也即在齿轮表面制备出了硬度较高的硬化层。 仿生表面形态齿轮的接触疲劳试验：首先，根据试验优化设计方法编排试验方案，然后，通过对辊试验来完成仿生表面形态参数的优化选择过程。应用显微镜直接观察法来探究仿生表面形态、试件表面疲劳损伤和点蚀率之间的变化规律。试验结果表...
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
前言
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 齿轮疲劳失效的国内外研究现状
1.1.1 齿轮疲劳失效的机理与分类
1.1.2 国内外提高齿轮抗疲劳性能的研究现状
1.2 本论文研究背景、目的和意义
1.3 本论文研究的主要内容
第2章 抗疲劳仿生表面形态的制备
2.1 抗疲劳仿生表面形态的优选
2.1.1 仿生表面形态类型的确定
2.1.2 仿生表面形态参数的确定
2.2 抗疲劳仿生表面形态的可控加工
2.2.1 激光加工技术
2.2.2 激光加工设备
2.2.3 抗疲劳仿生表面形态的激光加工工艺
2.3 激光加工前后表面层的应力及硬度变化
2.3.1 激光加工前后的应力变化
2.3.2 激光加工前后的硬度变化
2.4 本章小结
第3章 仿生表面形态齿轮的接触疲劳试验研究
3.1 齿轮接触疲劳强度和可靠性计算
3.1.1 接触疲劳强度计算
3.1.2 齿轮试验载荷计算结果
3.2 接触疲劳的形态优选试验
3.2.1 试验方案的确定
3.2.2 齿轮接触疲劳的形态优选试验
3.2.3 试验结果及正交试验设计数据处理
3.3 最优形态与光滑形态试件对比试验
3.3.1 对辊试验机的对比试验
3.3.2 齿轮台架试验机的对比试验
3.4 仿生表面形态抗接触疲劳机理分析
3.5 本章小节
第4章 仿生表面形态齿轮的弯曲疲劳试验研究
4.1 齿轮弯曲疲劳强度和可靠性计算
4.1.1 弯曲疲劳强度计算
4.1.2 可靠性计算
4.2 齿轮弯曲疲劳试验
4.2.1 试验方案的确定
4.2.2 弯曲疲劳试验
4.2.3 试验结果及正交试验设计数据处理
4.3 仿生表面形态抗弯曲疲劳机理分析
4.4 本章小节
第5章 基于 MSC. Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮静力学分析
5.1 基于 MSC.Nastran 有限元软件的静力学问题分析简介
5.1.1 MSC.Nastran 静力学分析简介
5.1.2 MSC.Nastran 热力学分析基本步骤
5.2 普通齿轮的静力学分析
5.3 仿生表面形态齿轮的静力学分析
5.4 齿轮静力学问题的结果分析
5.5 本章小结
第6章 基于 MSC.Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮动力学分析
6.1 基于 MSC.Nastran 的仿生表面形态齿轮动力学分析简介
6.1.1 MSC.Nastran 动力学分析简介
6.1.2 MSC.Nastran 动力学分析基本步骤
6.2 基于 MSC.Nastran 的瞬态频率响应分析
6.2.1 齿轮的瞬态频率响应问题
6.2.2 普通齿轮的瞬态频率响应分析
6.2.3 仿生表面形态齿轮的瞬态频率响应分析
6.2.4 齿轮瞬态频率响应问题的结果分析
6.3 基于 MSC.Nastran 的瞬态冲击响应分析
6.3.1 齿轮的瞬态冲击响应问题
6.3.2 普通齿轮的瞬态冲击响应分析
6.3.3 仿生表面形态齿轮的瞬态冲击响应分析
6.3.4 齿轮瞬态冲击响应问题的结果分析
6.4 基于 MSC.Nastran 的模态分析
6.4.1 齿轮的模态问题
6.4.2 普通齿轮的模态分析
6.4.3 仿生表面形态齿轮的模态分析
6.4.4 齿轮模态问题的结果分析
6.5 本章小结
第7章 基于 MSC.Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮热力学分析
7.1 基于 MSC.Nastran 有限元软件的热力学问题分析简介
7.1.1 MSC.Nastran 热力学分析简介
7.1.2 MSC.Nastran 热力学分析基本步骤
7.2 齿轮热力学问题
7.2.1 齿轮生热的原因
7.2.2 齿轮热力学的研究现状
7.3 普通齿轮的热传导分析
7.4 仿生表面形态齿轮的热传导分析
7.5 齿轮热传导问题的结果分析
7.6 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 不足与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢
导师及作者简介
本文编号：3779371
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
前言
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 齿轮疲劳失效的国内外研究现状
1.1.1 齿轮疲劳失效的机理与分类
1.1.2 国内外提高齿轮抗疲劳性能的研究现状
1.2 本论文研究背景、目的和意义
1.3 本论文研究的主要内容
第2章 抗疲劳仿生表面形态的制备
2.1 抗疲劳仿生表面形态的优选
2.1.1 仿生表面形态类型的确定
2.1.2 仿生表面形态参数的确定
2.2 抗疲劳仿生表面形态的可控加工
2.2.1 激光加工技术
2.2.2 激光加工设备
2.2.3 抗疲劳仿生表面形态的激光加工工艺
2.3 激光加工前后表面层的应力及硬度变化
2.3.1 激光加工前后的应力变化
2.3.2 激光加工前后的硬度变化
2.4 本章小结
第3章 仿生表面形态齿轮的接触疲劳试验研究
3.1 齿轮接触疲劳强度和可靠性计算
3.1.1 接触疲劳强度计算
3.1.2 齿轮试验载荷计算结果
3.2 接触疲劳的形态优选试验
3.2.1 试验方案的确定
3.2.2 齿轮接触疲劳的形态优选试验
3.2.3 试验结果及正交试验设计数据处理
3.3 最优形态与光滑形态试件对比试验
3.3.1 对辊试验机的对比试验
3.3.2 齿轮台架试验机的对比试验
3.4 仿生表面形态抗接触疲劳机理分析
3.5 本章小节
第4章 仿生表面形态齿轮的弯曲疲劳试验研究
4.1 齿轮弯曲疲劳强度和可靠性计算
4.1.1 弯曲疲劳强度计算
4.1.2 可靠性计算
4.2 齿轮弯曲疲劳试验
4.2.1 试验方案的确定
4.2.2 弯曲疲劳试验
4.2.3 试验结果及正交试验设计数据处理
4.3 仿生表面形态抗弯曲疲劳机理分析
4.4 本章小节
第5章 基于 MSC. Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮静力学分析
5.1 基于 MSC.Nastran 有限元软件的静力学问题分析简介
5.1.1 MSC.Nastran 静力学分析简介
5.1.2 MSC.Nastran 热力学分析基本步骤
5.2 普通齿轮的静力学分析
5.3 仿生表面形态齿轮的静力学分析
5.4 齿轮静力学问题的结果分析
5.5 本章小结
第6章 基于 MSC.Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮动力学分析
6.1 基于 MSC.Nastran 的仿生表面形态齿轮动力学分析简介
6.1.1 MSC.Nastran 动力学分析简介
6.1.2 MSC.Nastran 动力学分析基本步骤
6.2 基于 MSC.Nastran 的瞬态频率响应分析
6.2.1 齿轮的瞬态频率响应问题
6.2.2 普通齿轮的瞬态频率响应分析
6.2.3 仿生表面形态齿轮的瞬态频率响应分析
6.2.4 齿轮瞬态频率响应问题的结果分析
6.3 基于 MSC.Nastran 的瞬态冲击响应分析
6.3.1 齿轮的瞬态冲击响应问题
6.3.2 普通齿轮的瞬态冲击响应分析
6.3.3 仿生表面形态齿轮的瞬态冲击响应分析
6.3.4 齿轮瞬态冲击响应问题的结果分析
6.4 基于 MSC.Nastran 的模态分析
6.4.1 齿轮的模态问题
6.4.2 普通齿轮的模态分析
6.4.3 仿生表面形态齿轮的模态分析
6.4.4 齿轮模态问题的结果分析
6.5 本章小结
第7章 基于 MSC.Nastran 有限元软件的仿生表面形态齿轮热力学分析
7.1 基于 MSC.Nastran 有限元软件的热力学问题分析简介
7.1.1 MSC.Nastran 热力学分析简介
7.1.2 MSC.Nastran 热力学分析基本步骤
7.2 齿轮热力学问题
7.2.1 齿轮生热的原因
7.2.2 齿轮热力学的研究现状
7.3 普通齿轮的热传导分析
7.4 仿生表面形态齿轮的热传导分析
7.5 齿轮热传导问题的结果分析
7.6 本章小结
第8章 结论与展望
8.1 结论
8.2 创新点
8.3 不足与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果
致谢
导师及作者简介
本文编号：3779371
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