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准双曲面齿轮主动轮精锻数值模拟研究

王建华  
【摘要】:准双曲面齿轮是一种特殊的螺旋锥齿轮,用于传递空间交错轴的传动,其主动轮(小轮)轴相对于从动轮(大轮)轴偏置了一个距离。具有重合度大、啮合性能好、承载能力高、传动平稳且传动效率高、结构紧凑及噪音小等独特优势。 目前国内外对于准双曲面齿轮齿形的加工主要以切削加工方法为主,生产效率低、制造成本高、材料利用率低,特别是对金属纤维流线连续性的破坏,造成齿根弯曲疲劳强度与齿面接触强度明显不足,齿轮的使用寿命较低。而齿轮精锻与传统切削加工相比,其突出的优点是锻造出来的齿轮金属纤维流线沿齿廓连续合理分布、组织致密、微观缺陷少,可提高轮齿抗冲击强度、抗弯曲疲劳强度、耐磨能力、抗腐蚀能力,延长齿轮的使用寿命,而且提高生产效率及材料利用率、降低生产成本,具有明显的优势。 本文通过对准双曲面齿轮主动轮精锻工艺性分析,选择了齿轮材料和锻造温度、模具材料和预热温度、润滑剂、锻造方法及设备,设计了准双曲面齿轮主动轮锻件图,通过对锻件图和锻造工艺的分析,设计出不同的坯料形状及相应的成形工艺方案。 运用Deform-3D软件对设计出的几种工艺方案分别建立有限元模型进行数值模拟。针对模拟结果,对比分析各种不同方案的最终成形效果、齿腔角隅填充状况、应力应变分布规律及成形载荷等信息,对各种方案的模拟进行了合理的工艺分析,并选择出最优的成形方案。并重点对影响成形过程的两个工艺参数进行模拟研究,探索其对成形的影响规律,通过合理控制工艺参数达到控制齿轮成形质量的目的。对优选出的工艺方案进行详细的数值模拟研究,获得准双曲面齿轮主动轮精锻的变形特征及成形规律。


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