航空齿轮钢强化工艺与表面完整性关联规律研究

目的 探究不同加工工艺与表面完整性的关联规律。方法 对渗碳航空齿轮钢AISI9310进行常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等齿轮高表面完整性强化加工工艺处理,使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度计对不同工艺状态下的试件进行表面形貌、表面粗糙度、残余应力和显微硬度等表面完整性表征。结果 喷丸能使得航空齿轮钢的表面粗糙度Sa值由磨削状态的0.68μm增加到0.96μm,而光整处理后,Sa下降到0.2μm以下;微粒喷丸使表面残余压应力提升到–1 300 MPa,相比于常规喷丸和磨削状态,其幅值分别增加了450、800 MPa;滚磨光整使得表面残余压应力幅值进一步增加到1 400MPa以上;二次喷丸及喷丸光整能显著提升表面硬度,相比磨削状态的645HV分别提升到718HV、721HV。结论 二次喷丸、微粒喷丸、光整等工艺通过影响齿轮表面粗糙度、残余应力、硬度梯度等表面完整性参数,从而影响润滑状态、受力状态、应力集中、失效风险等,直接影响齿轮的服役性能。

含Ni量、渗氮层深度及喷丸强化对42CrMo齿轮弯曲疲劳性能影响研究

针对不同含Ni量、渗氮层深度和喷丸强化组合的42CrMo齿轮开展弯曲疲劳试验,探究了不同工艺组合的齿轮弯曲疲劳极限提升效果,为齿轮抗疲劳制造提供工艺指导。基于随机森林算法分析了不同工艺组合齿轮的表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量对弯曲疲劳极限的贡献度,采用多元回归建立了考虑表面硬度、渗氮层深度、表面残余应力和含Ni量的齿轮弯曲疲劳极限预测公式。预测值与试验值相比,最大误差可以控制在7.80%以内,为工程应用中快速、低成本评估齿轮弯曲疲劳极限提供了理论依据。

服役工况及喷丸强化对航空齿轮钢接触疲劳性能的影响

目的针对不同服役工况和表面处理下航空齿轮钢接触疲劳性能不明确的问题,探究不同工况参数及喷丸强化对AISI 9310航空齿轮钢接触疲劳性能的影响。方法基于双圆盘滚动接触疲劳试验台,对AISI 9310航空齿轮钢圆盘滚子试件在2种接触应力、3种滑差率的服役工况,以及渗碳磨削、喷丸强化2种工艺下开展滚动接触疲劳性能研究。使用白光干涉仪、X射线衍射应力仪和显微硬度仪对喷丸强化前后的表面形貌、残余应力和显微硬度进行表征,探究喷丸处理后的表面完整性与滚动接触疲劳性能之间的规律。结果当接触应力由2.5 GPa增至3.0 GPa时,AISI 9310试件的滚动接触疲劳寿命降低了64.7%;当滑差率由10%增至20%、30%时,试件的滚动接触疲劳寿命分别下降了18.9%和42.8%,同时寿命分散性有所降低。此外,研究发现喷丸强化使试件表面残余压应力提升了104.3%,并形成了残余压应力层,表面显微硬度提升了4.8%,同时使试件的沟壑状刀痕转变为凹凸不平的弹坑,表面性状宽高比提升至0.9310,更有利于润滑油的储存,从而使得试件的滚动接触疲劳寿命提升了87.8%。结论获取了不同接触应力、滑差率和表面强化处理对AISI9310航空齿轮钢滚动接触疲劳性能的影响规律,为我国航空齿轮抗疲劳设计制造提供了评价方法和基础数据。

3M^(TM) Acrylic Foam Tape 5363在轨道车辆按钮开关上的脱胶分析及工艺优化

随着中国轨道交通的发展,越来越多的轨交产品走出国门、走向世界,其中以地铁门系统最具特点。按钮开关作为门系统上的关键电子产品之一,有控制开、关门的作用,在国外被广泛采用到门系统上。其中设有盲文的按钮开关,因充分考虑特殊人群出行,深受国外客户的青睐。按钮开关盲文盖板粘接的可靠性就显得至关重要,要考虑列车不同的运行环境及各种外界因素,否则就会因为粘接不好,导致盲文盖板翘边或者脱落,引起客户的投诉和不满。企业不得不进行国外整改返修,耗费巨大的人力物力成本,也为公司带来巨大的质量损失。针对盲文盖板出现的粘接问题,对工艺路线进行总结优化,从源头上解决问题。

齿轮动态应力无线测试系统开发及应用

齿轮传动过程中承受复杂应力状态,在循环载荷下可能发生齿轮接触疲劳和弯曲疲劳失效,齿轮动态应力的准确测量是保障其传动稳定性与可靠性的重要途径。基于STM32微控制器设计数据采集和无线传输电路,编写数据处理、显示、存储的上位机程序,开发了齿轮动态应力无线测试系统。在齿轮弯曲疲劳试验中进行了测试,其结果表明,齿根弯曲应力测试值与ISO标准计算值的误差在5%以内,与有限元计算值的最大误差在10%以内,验证了该测试系统具有较高的准确性。

齿轮弯曲疲劳的研究进展与发展趋势

齿轮弯曲疲劳性能是现代齿轮传动的关键设计指标,也是影响高端齿轮装备服役性能和可靠性的关键因素。尽管齿轮弯曲疲劳研究取得显著进展,但由于基础数据建设、抗疲劳制造、主动设计方法等方面与国外先进水平存在差距,限制了我国高性能齿轮传动产品性能。结合文献调研、行业交流与课题研究经验,详述了齿轮弯曲疲劳的研究进展与发展趋势,重点介绍了齿轮弯曲疲劳的失效机理、理论分析、试验技术、承载能力、影响因素等内容,归纳了提升齿轮弯曲疲劳性能的有效措施,期望推动我国齿轮抗疲劳技术的发展与应用。

航空齿轮钢表面完整性与滚动接触疲劳性能关联规律研究

齿轮接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备可靠性、长寿命、轻量化需求的重要瓶颈。抗疲劳制造是实现高表面完整性和服役性能的关键,揭示齿轮表面完整性与疲劳性能之间的关联规律成为工程及学术界的研究重点。讨论了常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等加工工艺对AISI9310渗碳淬火航空齿轮钢表面完整性及滚动接触疲劳性能的影响,并给出抗接触疲劳主动设计方法。通过对不同制造工艺的试件开展滚动接触疲劳试验,揭示表面完整性与服役性能之间的关联规律。结果表明,2500 MPa接触应力状态下,相对于磨削状态,二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整能使接触疲劳寿命分别提升75.7%、62.3%、117%;常规喷丸、喷丸光整加工工艺能使滚动疲劳极限分别达到2269MPa和2553 MPa,相对于渗碳磨削状态分别提升2.9%和14.87%。

航空齿轮钢滚动接触疲劳性能预测与表面完整性优化

齿轮滚动接触疲劳是限制航空、航天、新能源汽车、舰艇等高端装备的重要瓶颈。高表面完整性是决定齿轮服役性能的重要保障,表面完整性与齿轮接触疲劳性能的定量关联规律成为工程及学术界的研究重点。该系列研究讨论了常规喷丸、二次喷丸、微粒喷丸、滚磨光整、喷丸光整等加工工艺对AISI 9310渗碳淬火航空齿轮钢表面完整性参数及服役性能的影响,并给出齿轮抗疲劳设计方法。针对获得的表面完整性与疲劳性能数据,开展疲劳性能预测与表面完整性设计研究。采用随机森林算法确定了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的重要度;以接触应力、表面粗糙度、表面残余应力、表面硬度、有效残余应力深度、疲劳寿命可靠度为输入,滚动接触疲劳寿命为输出,采用GA-BP神经网络和SVM机器学习方法建立了滚动接触疲劳寿命预测模型,探究了表面完整性参数对滚动接触疲劳寿命的影响规律;提出了基于多元回归的滚动接触疲劳寿命预测公式,疲劳寿命预测值在1.5倍分散带以内;并在给定设计寿命下采用遗传算法对表面完整性参数进行优化,服务于传动构件抗疲劳设计。

高性能齿轮基础数据研究

齿轮基础数据指在齿轮设计、制造、运维等过程中的关键材料、结构、性能等指标参数,是高性能齿轮传动主动设计的关键因素,也是当前国内外齿轮行业技术差距累积最显著的环节.针对高端装备极端环境高可靠、长寿命服役的需求,开展了面向我国材料与工艺环境的传动系统的高性能齿轮表面完整性与抗疲劳设计制造研究,提出了基于集成学习和数据增强的小样本齿轮疲劳试验评价方法,试验时间与样本需求显著降低;建设了16Cr3NiWMOVNbE、9310、18CrNiMo7-6、42CrMo、20Cr2Ni4A等齿轮材料疲劳S-N曲线、强度极限、胶合极限、表面完整性参数等基础数据10000余条,开发了涵盖材料、工艺、结构、性能等500余项参数的高性能齿轮基础数据库软件,齿轮基础数据治理效率明显提升;开发了温度-应力-振动多维信号无线采集分析技术与装置,探索了高性能齿轮渗碳磨削、喷丸强化、微粒喷丸、滚磨光整、离子注入、热障涂层等高表面完整性创成机理与加工技术,实现齿轮接触疲劳/弯曲疲劳/胶合极限相比ISO标准显著提高,极大推动齿轮传动轻量化创新,为我国下一代高端装备提供高性能基础件基础数据储备.