基于力热耦合的螺旋锥齿轮磨削残余应力研究

摘要

螺旋锥齿轮具有稳定性好、可靠性高、承载能力强、耐磨性好、噪音低等优点，广泛应用于国防军事工业、航空航天、石油化工、交通运输等领域，其加工质量要求严格，精密加工方法广泛采用数控磨削。本课题基于力热耦合进行螺旋锥齿轮磨削磨削残余应力研究，主要内容如下。　　螺旋锥齿轮数控磨削方法、机理及磨削特征参量数学模型的研究。根据Gleason接触原理，建立了磨削基本参数数学模型；采用Guo的单磨粒热模型得到了热量分配比，应用矩形分布热源得出了磨削热流量，通过磨削机理分析，建立了磨削力计算公式。　　螺旋锥齿轮磨削力热耦合有限元仿真与实验分析。运用数值有限元方法创建了螺旋锥齿轮3D单齿模型。应用热传导理论、热弹塑性理论，对螺旋锥齿轮磨削温度场进行了力热耦合的有限元仿真以及实验验证。在温度场的基础上分析了螺旋锥齿轮磨削应力场并进行了实验验证。　　螺旋锥齿轮磨削残余应力的研究。基于力热耦合进行磨削残余应力有限元模拟仿真，得到了磨削残余应力随磨削用量、冷却条件等参数变化的规律。通过实验对比研究，所得螺旋锥齿轮磨削表面残余应力预测值与实测数据最大误差仅有18.6％，验证该模型及有限元方法的准确性。　　螺旋锥齿轮磨削残余应力对齿面的影响研究。通过对齿面变形及齿面误差的影响分析，得出磨削弧中心处的变形最大；采用金相显微镜以及全自动显微硬度计对磨削齿面进行了试验研究，得出螺旋锥齿轮磨削裂纹的形态、组织结构，并获得了磨削正常齿和裂纹齿的显微硬度随着渗碳层深度的不同所形成的变化曲线。提出磨削残余应力的消除措施。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景、目的及意义

1.2 螺旋锥齿轮制造技术与力热耦合的研究进展

1.3 磨削残余应力与磨削裂纹的研究

1.4 论文研究内容与思路

1.5 本章小结

第二章 螺旋锥齿轮数控磨削机理

2.1 螺旋锥齿轮磨削原理及方法

2.2 螺旋锥齿轮磨削过程

2.3 本章小结

第三章 螺旋锥齿轮磨削残余应力产生的机理及其影响

3.1 磨削残余应力产生的机理

3.2 磨削残余应力的影响因素

3.3 影响磨削残余应力的特征参量数学模型

3.4本章小结

第四章 螺旋锥齿轮磨削力热耦合与残余应力有限元仿真和分析

4.1 螺旋锥齿轮磨削力热耦合的有限元仿真

4.2 螺旋锥齿轮磨削力热耦合仿真的实验验证与分析

4.3螺旋锥齿轮磨削残余应力的有限元计算及分析

4.4本章小结

第五章 螺旋锥齿轮磨削残余应力实验及其对齿面的影响

5.1磨削残余应力实验及分析

5.2 磨削残余应力对齿面变形及齿面误差的影响

5.3 磨削残余应力对齿面裂纹的影响

5.4磨削残余应力对螺旋锥齿轮性能的影响和消除方法

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要研究成果及参与科研项目

致谢