文档介绍：机械创新实****报告
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目录
第一章 绪 论 - 2 -
1、1 齿轮的淬火处理 - 2 -
1、2有限元方法 - 2 -
1、3齿轮有限元仿真的现状 - 2 -
1、4 课采用了硬齿面齿轮。在实现硬齿面的各种热处理工艺(渗碳淬火、氮化、表面淬火等)中,渗碳淬火工艺虽然比较复杂,但在传递相同功率(扭矩)的情况下,齿轮的减速器体积最小、重量最轻,整机价格最低,就是生产应用中最主要的工艺方法。为得到硬齿面齿轮,各国至今仍然采用机械加工(或塑性成形)--渗碳--热处理的传统工艺存在如下问题:
齿轮表面渗碳层厚度不一致,不利于齿轮综合性能的提高。渗碳处理就是在齿轮切削或塑性成形后进行,由于没有确立渗碳层控制技术,齿根与齿面在同一渗碳氛围中进行渗碳处理,齿面、齿顶及齿根的渗碳层浓度、梯度、厚度大致相同。然而由于齿面与齿根的工作特性不同,要求齿面渗厚、齿根渗碳层薄。为了保证齿面的耐磨性,使含碳量达到或超过0、18%。渗碳层深度与模数之比0、12~0、125,而有效硬化层与齿轮模数之比为0、1时,齿曲疲劳强度最高;因此为了保证齿根弯曲强度,则渗碳层的含碳量与渗碳层深度就满足齿面接触疲劳强度的要求。在实际生产中,很难二者兼顾,达到理想状态。为了防止轮齿硬化层的剥落,有效硬化层深度应不小于最大剪应力深度的
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1、5倍。
1、5 研究内容
1)选择汽车圆柱齿轮为研究对象,获取其工艺尺寸参数,为建立数学模型提供参考;
2)根据其尺寸参数,利用SolidWorks软件进行三维建模,再把模型导入ANSYS软件中,建立热力学参考模型;
3)查阅必要的资料,获取齿轮材质20CrNi2MoA在20～1000℃的热、力学参数,为后继的热、力学分析提供依据;
4) 对圆柱齿轮实体在淬火过程中的模型进行计算机仿真,简要地对大模数圆柱齿轮淬火变形进行分析。
第二章 圆柱齿轮的几何特征与模型建立
2、1 圆柱齿轮的几何特征
本课题选用齿轮的几何特性如下:
图2-1圆柱齿轮示意图
表2-1:圆柱齿轮参数及技术要求
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技术要求
1,齿面淬火处理,有效硬化层深度5-5、6mm;齿面硬度HRC57-64;齿心硬度HRC35-40;
2,机械性能1080Mpa;≥785Mpa;δs≥8%;≥35%;AX≥47J／cm2;
3,淬火后对齿部进行喷丸处理;
4,进行探伤检查,齿部进行磁粉探伤,不允许存在线性磁痕显示,整体进行超声波探伤,内部不允许有白点、裂痕,同时内部质量应符合GB／T5000、15-1988标准规定的Ⅲ级要求;
2、2 圆柱齿轮的三维模型建立
首先,根据齿轮的各项数据与参数,利用SolidWorks软件对齿轮进行三维模型的建造,图2-2即为该齿轮的三维模型。
图2-2 用SolidWorks创建的齿轮三维模型图
由于齿轮各轮齿参数相同,热处理的边界条件相同,生产中对大模数齿轮一般采用逐步淬火的方法,即对齿轮单齿进行逐一淬火,为了能够准确与方便地建立几何模型,可选取齿轮的
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1/54部分,即单齿进行模型建立,这样可以简化计算模型,节省内存空间,提高仿真速度,其仿真结果与实际完整齿轮基本一致。图2-3即为用SolidWorks创建的单齿的三维模型。
图2-3 用SolidWorks建立的齿单齿的三维模型
生成模型后,将当前模型另存为*、x_t格式,留作之后导入ANSYS软件。
第三章 圆柱齿轮渗碳淬火过程热力学模型
20CrNi2MoA低碳合金钢就是大模数齿轮首选的渗碳钢之一,长期以来具有稳定的化学成分、成熟的冶炼工艺过程。其热力学性能参数已作为标准列入国家渗碳钢材料手册。
3、1 相关材料热力学参数
3、1、1热学性能参数
圆柱齿轮材料选用20CrNi2MoA,当利用ANSYS软件对其淬火过程进行温度场仿真时,需要提供材料密度、比热容、热传导率等参数,其对应的参数数值如表3-1【【1】纪名刚、机械设计、第八版、高等教育出版社[M]。2006
【2】王焕琴,杜家熙,马孝琴、机械工程材料与热加工[M]、电子科技大学出版社,2000
【3】[M].
【4】[M].
【5】[M].西北工业大学出版社,1995
【6】关鼎,肖平阳、SolidWorks三维造型典型实例教程[M]、***出版社,