风电齿轮渗碳淬火变形研究

摘要

风电齿轮是风电设备上的重要零部件,表面硬度和耐磨性是影响其使用性能的重要指标。为了提高风电齿轮表面的硬度和耐磨性,在加工过程中需要对风电齿轮进行热处理。热处理在提高风电齿轮机械性能的同时也带来了齿轮变形问题。本文针对某型号风电输出大齿轮的热处理变形开展了相关的理论和实验研究,获得了该齿轮热处理变形的规律和机制。主要研究工作和成果如下:
　　1.对齿轮渗碳过程进行了计算机模拟和实验研究。建立了齿轮渗碳过程的数值分析模型,并通过化学剥层实验验证了数值计算结果的准确性。分别采用化学剥层法、显微金相法、有效硬化层法研究了18CrNiMo7-6材质钢渗碳层深度,通过对比试验研究了18CrNiMo7-6钢有效硬化层的界限碳浓度,结果显示不同渗碳工艺下的有效硬化层界限碳浓度基本在0.35％左右。
　　2.基于渗碳数值模拟的结果,对齿轮渗碳淬火的整个热处理过程进行了数值模拟研究。采用JMatPro软件对18CrNiMo7-6材料的热物性参数、机械性能参数、相变转变曲线数据进行了准确地提取。数值模拟中硝盐、水淬边界参数通过“热传导逆向迭代逼近法”获取,强制空冷和自然空冷的热交换综合考虑空气的辐射和对流影响,空冷边界参数的加载基于传热学理论推导的函数。结果表明数值计算的温度场、组织场、应力结果与实验值吻合,本文采用的数值计算方法具有较高精度。
　　3.开展了某型号输出大齿轮渗碳淬火的变形规律和机理研究。在热处理各工序前后对齿轮的特征尺寸齿顶圆直径、公法线长度、椭圆度、锥度进行了测量。基于相关统计学原理,获得了该齿轮的变形规律,结合齿轮热处理变形数值计算结果和热处理条件,分析了该齿轮变形的机理。热处理试验结果显示输出大齿轮渗碳淬火变形的实验值与数值计算结果吻合,且都满足了渗碳淬火后的技术指标要求。

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注释表

第一章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.2 齿轮热处理变形控制

1.3 热处理数值模拟现状

1.4 主要研究内容

第二章 研究对象、工具和方法

2.1 研究对象的基本参数

2.2 研究对象的热处理技术指标和工艺

2.3 研究工具

2.4 研究方法

第三章 风电齿轮渗碳的数值模拟

3.1 渗碳数学模型

3.2 渗碳过程数值模拟

3.3 渗碳计算结果的实验验证

3.4 本章小结

第四章 风电齿轮分级淬火的数值模拟

4.1 风电齿轮热处理温度场研究

4.2 风电齿轮热处理组织场研究

4.3 风电齿轮热处理应力场及变形研究

第五章 风电齿轮渗碳淬火变形规律研究

5.1 变形的测量方法及实验安排

5.2 变形结果及分析

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文