对称双辊轴向轧制螺旋锥齿轮工艺研究

论文摘要

螺旋锥齿轮是汽车、船舶及各类机械中应用广泛的传递运动和动力的零件。传统的锥齿轮加工工艺—金属切削加工方法,具有明显的缺点:一方面材料的利用率低、加工效率低,成本高,工艺过程复杂;另外切削加工破坏了金属的纤维组织,因而齿轮的弯曲疲劳强度、齿面接触疲劳强度与耐磨性较低,使用寿命短。锥齿轮精密成形是一种齿轮少无切削加工的新工艺,可以解决传统制造方法带来的弊端。目前国内外学者对螺旋锥齿轮精密模锻和摆动辗压工艺进行了一些研究。对称双辊轴向轧制螺旋锥齿轮是一种局部加压连续塑性成形技术,轧制加工过程为局部加压累积变形,轧制力合力作用线位置不变并与机床轴心线重合,轧制的主要特点是省力、节能,节材、准静压力加工,无振动和噪音。本文通过计算机仿真模拟分析研究双锥辊轧制螺旋锥齿轮工艺。在研究螺旋锥齿轮曲面构造,球面渐开线的数学模型的基础上,明确弧齿锥齿轮的几何参数的相互关系,完成弧齿锥齿轮三维造型。同时3D模型也为有限元模拟分析奠定了基础。对螺旋锥齿轮锥辊轧制成形工艺进行分析研究,并提出相应的工艺参数的计算方法或确定原则。主要包括对称双辊轴向制轧金属流动规律和变形区规律研究、轧制力能参数的计算及双锥辊辗压机吨位的选择和轧制工艺参数的选择。利用有限元法分析了锥齿轮轧制成型过程中金属的流动规律,阐述了双辊轧制成形特点,揭示出变形机理。并在此基础上,得出变形中金属的流动状态和等效塑性应力应变分布规律,直观描述出螺旋锥齿轮成形过程及等效应力—应变分布、曲线,获得了轧制成形金属变形规律。讨论了轧辊进给速度、摩擦系数、轧制温度等参数对轧制力的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 螺旋锥齿轮制造与成形方法
• 1.2.1 传统螺旋锥齿轮制造方法
• 1.2.2 齿轮精密锻造
• 1.2.3 齿轮摆动辗压
• 1.3 双锥辊轴向轧制工艺
• 1.3.1 双锥辊轴向轧机原理
• 1.3.2 双锥辊轴向轧制工艺特点
• 1.4 齿轮塑性加工国内外研究现状及存在的问题
• 1.5 数值模拟技术在齿轮塑性加工中的应用
• 1.6 课题来源、课题研究的内容、意义
• 1.6.1 课题来源及意义
• 1.6.2 课题研究的主要内容
• 1.7 本章小结
• 第2章 刚塑性有限元法及模拟软件介绍
• 2.1 有限元法概述
• 2.1.1 有限元法的发展历程
• 2.1.2 有限元法的分类
• 2.2 DEFORM-3D软件模块结构
• 2.2.1 DEFORM-3D有限元分析软件简介
• 2.2.2 有限元求解器
• 2.2.3 后处理
• 2.3 轧制成形有限元分析流程
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于PRO/E螺旋锥齿轮三维造型
• 3.1 螺旋锥齿轮的几何构造
• 3.2 汽车后桥从动螺旋伞齿轮零件图
• 3.3 螺旋锥齿轮数学模型及三维模型
• 3.3.1 球面渐开线方程
• 3.3.2 齿形螺旋线方程
• 3.3.3 铣刀盘的中心和球面坐标的位置关系
• 3.4 本章小结
• 第4章 双锥辊轴向轧制螺旋锥齿轮工艺研究
• 4.1 双锥辊轴向轧制的基本概念
• 4.1.1 双锥辊轴向轧制金属流动规律
• 4.1.2 主动区的变形和被动区变形
• 4.2 轧制工艺参数
• 4.3 轧制力能参数的计算
• 4.3.1 接触面投影面积
• 4.3.2 轧制力计算
• 4.3.3 主转轴电机功率
• 4.4 本章小结
• 第5章 双辊轧制螺旋锥齿轮有限元模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 双辊轧制螺旋锥齿轮有限元模型建立
• 5.2.1 材料模型建立及网格划分
• 5.2.2 摩擦模型的选取
• 5.2.3 轧制工艺参数的选择
• 5.2.4 锥辊及模具运动设置
• 5.3 模拟结果分析
• 5.3.1 变形过程分析
• 5.3.2 应力场
• 5.3.3 应变场
• 5.3.4 行程载荷曲线
• 5.4 工艺参数对轧制力影响
• 5.4.1 轧制工艺参数
• 5.4.2 轧制温度
• 5.4.3 下模进给速度
• 5.4.4 摩擦系数
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文