关键词：
小模数齿轮
成形磨削
残余应力
渗氮处理
摘要：
微小型空间机械臂传动关节内的小模数齿轮对保证机械臂运动精度有重要作用,同时也是保证装置使用寿命的主要零件。本课题研究高强度、高精度小模数齿轮的加工方法,磨削加工是高精度小模数齿轮成形的主要过程,但磨削导致的残余应力会影响齿轮寿命,渗氮处理是提高小模数齿轮强度的关键工艺,控制齿轮渗氮处理的变形量,是保证齿轮精度的重要环节。现阶段针对CF170高强度不锈钢齿轮成形磨削残余应力的形成过程以及影响因素有待更加深入的研究,缺少对齿轮不同位置的渗氮变形情况分析,因此有必要开展小模数齿轮磨削残余应力以及渗氮处理研究。
首先,本文基于有限元分析对CF170高强度不锈钢磨削加工进行研究,建立单个磨粒磨削仿真模型,获得了磨削参数对单个磨粒磨削力的影响规律,基于仿真结果构建磨削力表达式。根据磨削力计算结果,获得齿面热流密度分布情况,研究磨削温度在不同磨削参数下的变化规律。建立小模数齿轮热力耦合仿真模型,分析磨削应力变化过程,并获得磨削因素与残余应力之间的关系,结合实际加工过程,模拟小模数齿轮的多次磨削,研究残余应力变化规律。
其次,开展小模数齿轮磨削实验,研究齿轮成形磨削过程,对成形砂轮进行选型,防止齿轮齿形出现缺陷。采用不同磨削参数加工齿轮实验件,基于齿形形状误差和齿面粗糙度检测结果,揭示磨削参数对齿轮精度的影响规律。基于X射线衍射法,获得了齿面残余应力结果,根据实验结果修正热力耦合仿真模型。设计正交分析研究磨削参数对残余拉应力的影响效果,拟合残余拉应力模型,基于减小残余拉应力对磨削参数进行优化,获得最优参数。
最后,开展小模数齿轮渗氮处理的研究工作。建立齿轮渗氮处理仿真模型,获得小模数齿轮不同位置的变形情况和应力分布规律,进行渗氮处理正交分析,揭示了渗氮处理参数对齿轮变形量的影响规律,构建最大变形量数学模型。开展小模数齿轮渗氮实验,获得齿轮变形量检测结果,验证仿真模型的准确性,研究渗氮处理后齿轮齿形形状误差及表面粗糙度的变化规律,利用维氏硬度计测量齿轮硬度,分析小模数齿轮硬度变化,确认齿轮实现性能强化的目标。
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