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重庆理工大学
硕士学位论文
强流脉冲电子束强化齿轮弯曲疲劳性能研究
姓名:李小波
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:许洪斌
2011-05-29
摘要
摘要
齿轮工作时受力情况复杂,时常会产生多种失效,如点蚀、剥落、磨损、胶合、
疲劳折断等,而疲劳折断在齿轮的所有失效中占据较大比例。现代工业的发展要求齿
轮既要轻质又要高强度。国际上对齿轮弯曲疲劳强度的研究主要在齿形的改进、齿轮
表面处理方面,但在一定条件下,齿形的改进对提高齿轮弯曲疲劳强度的作用是有限
的,传统的表面处理技术也面临一些局限,因此,寻找表面处理新技术在齿轮上的应
用具有重要意义。
强流脉冲电子束(HCPEB)技术是一种新型高效的表面处理技术,它具有高能量
密度、高效率等特点,可以直接、有效地改变或改善材料的表层组织、结构和性能。
本课题来源于国家自然科学基金资助项目“齿轮表面非晶化工艺与性能研究”(编号:
50775229),利用强流脉冲电子束对表面未经磨削和经过磨削的原始齿轮进行表面照
射处理,在高频疲劳实验机上对原始齿轮与照射齿轮进行弯曲疲劳测试,研究强流脉
冲电子束对不同表面状况齿轮的弯曲疲劳性能的影响,以获得具有更长疲劳寿命的齿
轮。论文主要工作有:
(1)总结了影响齿轮弯曲疲劳强度的主要因素。
(2)采用 ANSYS 有限元软件中的热力耦合方法,对脉冲电子束照射 40Cr 钢过程
的温度场和热应力场进行了有限元模拟分析,并给出了多次照射后的表面残余应力。
(3)直接用工艺参数经过优化的强流脉冲电子束对未经磨削与经过磨削的两种
表面状态的齿轮进行表面处理。
(4)在恒幅载荷条件下,对所有齿轮进行弯曲疲劳强度测试,并对未磨削齿轮
和磨削齿轮电子束照射前后的弯曲疲劳强度进行了比较。
(5)通过显微硬度、表面粗糙度、表面残余应力测试,齿根表面形貌及截面轮
廓、表层显微组织观察,对齿轮弯曲疲劳性能变化原因进行了深入分析。
结果表明:未磨削的齿轮经电子束照射后,其弯曲疲劳强度得到一定程度的降低;
而经磨削过的齿轮经电子束照射后,其弯曲疲劳强度稍有提高。论文的结论对齿轮电
子束表面改性将起到一定的指导作用。

【关键词】齿轮强流脉冲电子束表面改性弯曲疲劳有限元模拟




I
Abstract
Abstract
The situation of force is plicated when gear works, so kinds of failures
usually appear, such as pitting, peeling, gluing, excessive wear and bending fatigue
fracture,while the bending fatigue fracture accounts for a large proportion of all failures.
With the development of modern industry,the gears that with light weight but high
strength are required. International study on the strength of gear are mainly in aspects of
optimization of tooth shape and surface treatment on gear, under certain conditions, while
the role of increasing the bending fatigue strength of tooth is limited through the
optimization of tooth shape, and traditional surface treatment technologies also face some
limitations, so it makes great importance to study the new surface treatment technologies
that are applicable on gears.
High-current pulsed electron beam (HCPEB) is a new and efficient surface
modification technique. With its high energy density and high