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一种渐开线内花键齿轮的热处理变形与控制研究

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第1章 绪 论

1.1 渐开线内花键齿轮特点

1.2 课题研究背景及意义

1.3 国内外齿轮热处理变形控制技术的发展

1.4 热处理数值模拟技术研究现状

1.5主要研究内容和技术路线

第2章 热处理变形与数值模拟理论

2.1 热处理变形理论

2.2 渗碳动力学基本理论

2.3 温度场基本理论

2.4 组织转变基本理论

2.5 应力场基本理论

2.6 本章小结

第3章 渐开线内花键齿轮有限元模型的建立

3.1 渐开线内花键齿轮技术指标和工艺

3.2 计算过程中有关假设

3.3 几何模型的建立及有限元网格划分

3.4 材料参数确定

3.5 初始条件和边界条件设定

3.6 数值计算精度验证

3.7 本章小结

第4章 渐开线内花键齿轮热处理数值模拟结果分析

4.1线内花键齿轮渗碳工艺分析

4.2 渐开线内花键齿轮温度场分析

4.3 渐开线内花键齿轮淬火组织场分析

4.4 渐开线内花键齿轮应力场分析

4.5 渐开线内花键齿轮变形分析

4.6 本章小结

第5章 渐开线内花键齿轮热处理变形控制

5.1 渗碳工艺参数对齿轮热处理变形影响

5.2 淬火参数对齿轮热处理变形的影响

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果

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摘要

热处理是齿轮加工的重要工序之一,其中渗碳淬火是热处理提高齿轮表面硬度、强度以及耐磨性的关键环节。热处理在提高齿轮机械性能的同时也带来了齿轮的变形问题,变速箱中常用的渐开线内花键齿轮渗碳淬火后的变形大小直接影响齿轮的传动精度,使齿轮在传动中产生噪音和异响,降低齿轮的使用寿命。本文基于扩散动力学、热传学以及热弹塑性等相关理论,对某待投产的渐开线内花键齿轮的渗碳淬火过程进行研究,预测并分析其渗碳层碳浓度、温度场、应力场等的分布规律和变形特点,提出控制齿轮渗碳淬火变形的合理工艺方案。
  本研究主要内容包括:⑴论述了热处理技术及其发展现状,基于热处理的有限元分析技术建立了渐开线内花键齿轮的数值模型,包括各种参数的选定,相变潜热的处理,网格的划分,初始条件的设定等,并对数值计算精度进行了验证。⑵研究了某型号渐开线内花键齿轮渗碳后渗碳层的碳浓度分布规律。还对整个渗碳淬火工艺过程中的温度场、组织场、应力场的分布进行了分析,研究齿轮各部位在热处理过程中的温度变化以及渗碳淬火后的组织场和应力场分布规律,观察了齿轮在热应力和组织应力的共同作用下产生的塑性变形特点,测定其原渗碳淬火工艺的齿轮变形量:平面翘曲0.036mm;内花键孔锥度0.056mm;齿顶圆上、中、下三个位置的胀大量分别为0.100mm、0.093mm、0.097mm。⑶分别研究渗碳层厚度、渗碳温度、淬火温度、淬火介质温度等因素对齿轮渗碳淬火变形的影响规律,提出控制热处理变形的方案。研究结果表明在保证齿轮机械性能的情况下,降低渗碳层厚度、渗碳温度和淬火温度,均可减小齿轮的变形。此外,在KR468C淬火油70℃~120℃的适用温度范围内,提高油温,同样对齿轮渗碳淬火变形起到一定控制作用,但其效果相对不明显。在原设计的热处理工艺流程基础上,确定渐开线内花键齿轮的热处理工艺参数组合为:渗碳层厚度0.8mm;渗碳温度880℃;淬火温度820℃;淬火介质温度100℃。

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