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        強(qiáng)力噴丸時(shí)直齒輪齒面應(yīng)力分析

        2020-02-23 21:17:56一汽轎車(chē)發(fā)傳中心吉林長(zhǎng)春130013孫銀軍
        金屬加工(冷加工) 2020年4期

        ■一汽轎車(chē)發(fā)傳中心 (吉林長(zhǎng)春 130013) 孫銀軍

        噴丸強(qiáng)化處理是齒輪生產(chǎn)制造過(guò)程中重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié),當(dāng)鋼丸重復(fù)沖擊齒面時(shí),金屬表面會(huì)發(fā)生一定程度的塑性變形,從而形成一定的壓應(yīng)力。當(dāng)對(duì)磨齒或者珩齒精加工的齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸時(shí),如果鋼丸沖擊引起的表層金屬塑性變形發(fā)生在齒形和齒向的過(guò)渡部分,就可能引起齒面局部的凸起,從而可能引起D C T自動(dòng)變速箱N(xiāo) V H問(wèn)題。我廠部分D C T齒輪沒(méi)有齒頂修緣,熱處理后的齒面精加工后,進(jìn)行強(qiáng)力噴丸,要求殘余壓應(yīng)力800~1 200M P a。成品檢測(cè)發(fā)現(xiàn)齒頂?shù)估膺吔缣幉牧舷螨X面凸起1~2μm。

        本次計(jì)算選用的齒輪材料為20MnCrS5,模數(shù)m=2.4,齒數(shù)z=79,齒寬B=10m m,壓力角α =2 0°,齒頂?shù)估釩 =0.2m m×45°。鋼丸為鋼絲切制,鋼丸直徑d=0.6mm。

        1. 齒輪強(qiáng)力噴丸時(shí)受力情況

        為保證噴丸覆蓋率均勻性,工件沿機(jī)床主軸以速度va公轉(zhuǎn),同時(shí)沿零件中心以速度vb自轉(zhuǎn)。根據(jù)工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài),設(shè)定法向力Fn和徑向力Fr同時(shí)作用在齒面,由于工件是對(duì)稱的,計(jì)算選用一個(gè)齒進(jìn)行建模和仿真。在齒頂?shù)估馓帲瑥较蛄r隨倒棱角度A分解為法向分量FrsinA和FrcosA。定性仿真齒面受鋼丸沖擊力后齒面各處應(yīng)力分布,設(shè)定齒面各處均勻受力Fn=100N、Fr=100N,其受力如圖1所示。

        2. 齒面應(yīng)力分析

        設(shè)定齒頂圓直徑D1,齒頂?shù)估庵睆紻2,齒頂修緣直徑D3,漸開(kāi)線起始圓直徑D4,齒根圓弧起始圓直徑D5,齒頂?shù)估釩=0.2mm×45°。帶齒頂修緣單齒的三維模型和應(yīng)力云圖如圖2所示。

        在單齒面模型直徑D1、D2、D3、D4和D5處建立傳感器,分別按齒頂?shù)估饨嵌華(30°、45°、60°)和齒頂修緣fko(20μm、0μm)修正模型,加載力Fn和Fr,則各直徑處的各傳感器數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D3所示。

        圖1 齒輪受力示意

        圖2 帶齒頂修緣單齒模型

        圖3 a~c顯示齒頂?shù)估獠糠諨2處的應(yīng)力最高,漸開(kāi)線起始圓部分D4處的應(yīng)力最低,其余部分D1、D3、D5處應(yīng)力相近居中分布;在倒棱角度為60°時(shí),齒面各處應(yīng)力分布較均勻,沒(méi)有明顯的應(yīng)力集中;圖3d~f顯示隨著倒棱角度的增加,D2處的應(yīng)力減小,當(dāng)?shù)估饨嵌葟?0°增加到60°時(shí),D2處應(yīng)力平均值減小約40%,D4處應(yīng)力平均值減小約5%,其他各處相對(duì)穩(wěn)定,變化不大;當(dāng)?shù)估饨嵌華增加時(shí),其鋼丸沖擊力的法向分量FsinA增加,切向分量FcosA減小,故而其倒棱邊界應(yīng)力減小。

        齒頂修緣量對(duì)應(yīng)力的影響如圖4所示,從圖4a~c可看出,齒頂修緣量20μ m和齒頂不修緣相比,其齒頂?shù)估釪2處的應(yīng)力平均值總是偏小5%;圖4d顯示隨著倒棱角度的增加,其倒棱D2處的應(yīng)力總是減小,與齒頂修緣大小無(wú)關(guān)。

        3. 結(jié)語(yǔ)

        分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),整個(gè)齒面曲面過(guò)渡的連續(xù)性和倒棱角度大小、齒頂修緣大小等都會(huì)影響齒面應(yīng)力分布,總體上齒面各處應(yīng)力分布呈現(xiàn)如下規(guī)律:①齒面曲面過(guò)渡突變的齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力較大,漸開(kāi)線起始D4處應(yīng)力最小。②隨著齒頂?shù)估饨嵌鹊脑黾?,齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力減小,其余各處變化不明顯。③齒頂修緣后,齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力減小約5%。因此,齒頂?shù)估饨嵌热∩喜睢X頂修緣量取上差可減小齒頂?shù)估膺吔缣幍膽?yīng)力集中。

        圖3 齒面各直徑曲面的應(yīng)力分布

        圖4 齒頂修緣量對(duì)應(yīng)力的影響

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