平地机齿圈齿形优化及材料热处理工艺研究

摘要

齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠等优点,在工程机械传动中得到了广泛的应用。齿轮的使用寿命在齿轮传动中起着重要的作用。而轮齿失效的形式,如轮齿折断、齿面磨损、齿面点蚀、齿面胶合和塑性变形等直接影响着齿轮的寿命,从而影响了整个生产过程。
　　本文以国内外齿轮材料的研究趋势为背景,结合平地机齿圈的结构,针对某机械厂生产的平地机齿圈在投入使用过程中出现磨损严重、齿面胶合等问题以及机械性能要求,本文从齿圈啮合应力分析、齿圈材料选择及热处理工艺三方面着手,选择出能够满足使用条件的最佳齿圈材料。对原用的齿圈齿形和设计的另一种齿圈齿形,通过计算机软件模拟齿圈啮合过程,ANSYS有限元软件分析应力分布,得到啮合性和接触应力,经分析与对比,得出后者较好,并对其齿形进一步优化。由于齿圈材料的选择直接影响到齿圈的加工性能和使用寿命,对比18MnMoNb钢、Q345钢、Q550钢在工艺性能、力学性能等方面的差异,按照使用时的工作条件选用合适的齿圈材料。通过工艺性能分析,得出Q345钢的工艺性能较好。对试样进行拉伸试验,得出Q345钢强度极限为550MPa、延伸率为34.2％最高。磨损试验结果表明Q345钢的耐磨性最好,Q550钢的耐磨性最差。通过对齿根弯曲疲劳寿命、齿面接触疲劳寿命分析,得出18MnMoNb钢、Q345钢的抗疲劳性能远优于Q550钢。为了进一步提高齿面硬度和耐磨性,制定合理的表面感应淬火工艺,对 Q345钢与18MnMoNb钢进行表面感应淬火,测定出Q345钢淬硬层和硬度值分布的更稳定、均匀。
　　本文基于大型通用有限元软件ANSYS对平地机的齿圈齿形进行优化设计,得出合适的齿圈齿形;综合三种材料的工艺性能、力学性能、经济性等方面进行对比,最终确定Q345钢为最终合适的齿圈用钢,并制定出表面淬火工艺参数,为平地机齿圈的制造提供理论和试验的依据。

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Contents

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1 绪论

1.1 研究背景(Background)

1.2 齿轮研究的现状与发展趋势(Research and Development Trend of Gear)

1.3 平地机发展现状 (Present Development of Grader)

1.4 齿轮齿圈常用材料及热处理工艺 (Materials and Heat Treatment Process of Gear and Ring Rear)

1.5 研究内容(Research Content)

2 平地机齿圈啮合特性分析和齿形优化

2.1 概述(Outline)

2.2 平形齿圈啮合性能及应力分析(Force Analysis of Gear Ring)

2.3 圆形齿圈啮合性能及应力分析(Force Analysis of Round Gear Ring)

2.4两种齿形齿圈的对比分析（Contrastive analysis of tooth profile of the two gear rings）

2.5齿圈齿形的优化分析 (Analysis of Tooth Profile Optimization)

2.6本章小结(Summary)

3平地机齿圈材料性能及受力分析

3.1工艺性能分析(Analysis of Processing Property)

3.2 力学性能试验分析(Analysis of Gear Ring Material and Mechanical Property Test)

3.3齿根弯曲疲劳分析(Analysis of Tooth Root Bending Flexural)

3.4 齿面接触疲劳分析(Analysis of Gear Ring Surface Contact Fatigue life)

3.5 本章小结(Summary)

4 齿圈材料热处理工艺研究

4.1 齿圈表面淬火技术要求(Technical Requirements of Surface Quenching of Ring Gear)

4.2 中频感应淬火工艺参数制定(Process Parameters for Medium-Frequency Quenching)

4.3操作要求(Operation Requirements)

4.4 齿圈热处理后的硬度分布(Hardness of Heating Treating of Ring Gear)

4.5本章小结(Summary)

5 平地机用齿圈材料的评价与选择

5.1 化学成分(Chemical Composition)

5.2 工艺性能分析对比(Comparison of Processing Property)

5.3力学性能分析对比(Comparison of Mechanical Properties)

5.4 综合评价(Comprehensive Evaluation)

6结论

参考文献

作者简历

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