高性能齿轮关键制造技术现状及发展建议

热处理应用技术直接影响齿轮产品性能,随着我国对高端齿轮需求的增长,齿轮基础制造工艺的开发研究非常重要。该文介绍了齿轮深冷处理、离子齿面注入、表面涂层及齿面超精加工等几项高性能齿轮制造新技术,提出采用各种新的处理技术的同时,也应对传统技术进行开发升级,以及采用复合技术,提高高端齿轮产品的制造质量,满足市场需求。并对高性能齿轮关键制造技术的深化研究及推广应用提出了若干建议。

基于减小热处理畸变的20CrMnMoH高性能齿轮预先热处理工艺

采用理论分析和实验研究相结合的方法,对20CrMnMoH齿轮钢在预先热处理过程中产生贝氏体非平衡组织的现象进行了分析研究。结果表明:20CrMnMoH齿轮钢在常规预先热处理过程中的冷却速度无法控制,过冷奥氏体进行非平衡组织转变,容易得到贝氏体等非平衡组织。根据贝氏体等非平衡组织的组织遗传效应,结合过冷奥氏体等温转变的原理和机制,设计了两次等温正火预先热处理工艺,首次等温正火预先热处理完成了非平衡组织到平衡组织的转变,二次等温正火预先热处理实现了晶粒的细化和均匀化。通过工艺优化控制实现了齿轮锻件的金相组织为1~2级、同批次不同齿轮锻件硬度差≤5 HB的技术指标。成品齿轮的精度可以达到6级,验证了预先热处理对减小齿轮热处理畸变、提高齿轮精度的有效性。

高性能同轴式磁力齿轮结构设计与实验研究

为了改善磁力齿轮的扭矩传递能力,研究了一种采用鼠笼式调磁装置的同轴式磁力齿轮。通过建立磁力齿轮的瞬态分析有限元模型,模拟分析得到内外气隙长度、永磁体厚度和长径比等结构参数对其传递扭矩能力的影响规律曲线,并得出了机构参数的优化值,模拟了该参数下磁力齿轮的运行情况。基于优化值制作实验样机进行实验研究,实验结果表明,采用此种调磁极片能够实现定传动比传动并能传递一定的扭矩。实验结果与模拟分析具有相似性,表明优化的结构参数能够保证磁力齿轮扭矩传递能力。

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.

磁力齿轮中调磁极片结构参数的数值模拟分析

为了改善磁力齿轮的转矩传递能力，研究调磁极片的调磁机理和结构要求，提出3种结构形式．针对调磁极片层叠结构出现的转矩传递能力不足等问题，采用瞬态有限元分析方法对调磁极片各部分的结构参数进行数值模拟．结果表明：磁力齿轮的输出转矩随调磁极片相对齿宽的增加先增大后减小，当相对齿宽在0．4～0．5时转矩较大，且变化相对平稳；磁力齿轮的输出转矩随调磁板片齿高的增加也是先增大后减小，在齿高为3mm时为最大，比试验参数下的模拟结果提高18％；输出转矩随着连接桥高度的增大而减小，消除连接桥可使输出转矩比试验参数下的模拟结果提高62％．

高性能磁力齿轮传动性能的动态仿真分析与实验研究

针对一台永磁内转子极对数为7,永磁外转子极对数为15的高性能磁力齿轮,为了研究其传动性能,讨论了磁力齿轮的3种运行方式,推导了其传动比关系,并在此基础上,推导了传动效率、转矩与传动比之间的关系公式;在转速较低的情况下,当传动效率为1,输出转矩仅为输入转矩与传动比的乘积。为此,运用有限元软件,对3种运动方式在转速较低的情况下分别进行了双转子转动时的动态仿真分析,得到了不同负载对转矩的影响。最后通过传动性能实验装置进行实验验证,测得不同负载下磁力齿轮的转矩。结果表明,在转速较低的情况下,输入转矩随着输出转矩的增大成线性增加,且输出转矩与输入转矩的比值近似等于传动比的值,这一研究可用于在传动比已知情况下的动态转矩的估算。