渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟论文.pdf

国内图书分类号: O242 国际图书分类号: 517 工学硕士学位论文渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟 硕士研究生杨志强 导师杜国君教授 申请学位级别工学硕士 学科、专业工程力学 所在单位: : : : : 建筑工程与力学学院 授予学位单位: 燕山大学 万方数据 Classified Index: O242 .: 517 Dissertation for the Master Degree in Engineering THE NUMERICAL SIMULATION OF CARBURIZING CYLINDRICAL GEARS IN QUENCHING PROCESS Candidate: Yang Zhiqiang Supervisor: Prof. Du Guojun AcademicDegree Applied for: Master of Engineering Speciality: University: Engineering Mechanics Yanshan University 万方数据燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文《渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟》,是本人在导师指导下,在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期: 年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《渗碳圆柱齿轮淬火过程的数值模拟》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有, 本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。保密□,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。(请在以上相应方框内打“√”) 作者签名: 日期: 年月日导师签名: 日期: 年月日万方数据 I 摘要热处理是齿轮热加工的最后一道工序,而渗碳淬火是热处理的重要环节。渗碳淬火后使齿轮轮齿表面和内部形成残余应力,残余应力对齿轮的抗疲劳强度、加工精度和抗腐蚀能力有显著的影响。但在实际工作中,传统的方法对于测量残余应力的分布有很多限制和不足,而且也很难精确地跟踪试件表面和内部的应力场变化。因此采用有限元模拟的方法,研究渗碳齿轮在淬火过程中的应力场变化,以及最终残余应力的分布具有重要的工程实际意义。本文基于热传学基本原理,热弹塑性理论,采用有限元软件 ANSYS , 对渗碳圆柱齿轮淬火冷却过程的温度场和应力场进行了数值模拟。根据模拟需要,将参数连续变化的渗碳层简化为阶梯变化,利用 APDL 语言编制了创建圆柱直齿轮模型以及渗碳层模型, 各种材料参数的输入的命令流文件,可方便模型和参数的修改,实现模拟渗碳齿轮淬火过程的参数化分析。通过模拟计算,研究了渗碳圆柱齿轮在整个淬火过程中温度场和应力场的变化规律,以及最终齿轮轮齿残余应力的分布情况。并对残余应力场的分布特点进行了分析,为齿轮渗碳工艺的确定提供理论参考。将上述分析得到的残余应力场作为初始应力,研究了残余应力场对齿轮工作性能的影响,从数值计算的角度验证了渗碳齿轮在淬火后形成的残余压应力对齿轮的保护作用,并研究了不同渗碳层厚度对残余应力分布的影响,提出了合理的模型。关键词圆柱齿轮;渗碳;淬火;残余应力; ANSYS 万方数据 II Abstract Heat treatment is the last procedure of the gear’s hot-procession, whereas carburizing and quench ing is the important step of the heat treatment. After carburizing and quenching, residual stress is formed on gear’s tooth surface. The residual stress has an obvious influence on gear’s fatigue strength, processing precision and the ability of resisting to be eroded. But in re ality, there are many restrictions and de