作者：http://www.aodhvo.cn
齒輪材料及加工工藝過程20CrMo鋼材料制成的齒輪經(jīng)滲碳、淬火后，齒面堅(jiān)硬、耐磨，齒輪內(nèi)部硬度低，能夠承受較大的接觸應(yīng)力及彎曲應(yīng)力，并有淬火后變形小等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于我國汽車及高精密機(jī)床變速箱內(nèi)齒輪制造。針對目前情況，本實(shí)驗(yàn)采用20CrMo鋼作為實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。工藝路線為：齒形粗加工（滾齒，插齒）熱處理（滲碳淬火）熱滾擠（保溫）冷卻。具體工藝如下：將20CrMo齒輪經(jīng)預(yù)加工、滾齒后，滲碳、高頻感應(yīng)加熱至AC3（875）奧氏體化溫度，快速入油冷至150-250，在熱油中精擠，擠輪使輪齒表面發(fā)生塑性變形達(dá)到最終尺寸，滾擠結(jié)束。在工件尚處于奧氏體狀態(tài)下，將工件取出快速冷卻使齒面形成堅(jiān)硬的馬氏體組織。
先推導(dǎo)輪齒轉(zhuǎn)角與嚙合的位置的關(guān)系式。設(shè)定滾模與工件齒輪為標(biāo)準(zhǔn)安裝，輪齒在滾模輪齒的驅(qū)動(dòng)下做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。并將圖中輪齒的虛線位置設(shè)定為中性位置，輪齒偏離此位置時(shí)產(chǎn)生一偏角j1。在中性位置j1=0，輪齒相對于中性位置逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)j1為正值，而順時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)為負(fù)值。
左齒面上嚙合點(diǎn)的情況與此類似。可寫出各位置參數(shù)之間的關(guān)系式右齒面：j1=j1/2 0-j1（1）左齒面：j1=i1-0-j1/2（2）其中j1=arccos（rb1/rj1）（3）j1=s1/r1-2（invj1-inv0）（4）進(jìn)一步推導(dǎo)jj1=j1-j1/2（5）xj1=rj1cos（j1/2）-r2F-（tf/2）2（6）根據(jù)輪齒轉(zhuǎn)角的取值范圍，由上式可知，j1與jj1、rj1的關(guān)系唯一確定。
采用同樣的方法，也可得出左齒面上i1與ii1、ri1之間的關(guān)系式。實(shí)際上，i1=j1。因此，只要給定j1，工件輪齒在左、右嚙合線上的嚙合點(diǎn)i、j點(diǎn)的位置就完全確定。此外，j點(diǎn)在滾模輪齒上的嚙合圓半徑rj2=rb22 j22（7）式中rb2為滾模輪齒的基圓半徑；j2為滾模輪齒上j點(diǎn)處的曲率半徑。因此可由式確定j點(diǎn)在滾模輪齒上的位置，求出相應(yīng)的jj2、xj2和j2等位置參數(shù)。
根據(jù)Hertz彈性接觸變形理論，嚙合點(diǎn)j處的彈性壓縮變形量e=115FfBE（10）接觸點(diǎn)處工件輪齒齒面的塑性變形量Sp可以通過滑移線場理論進(jìn)行計(jì)算Sp103=jFjkB2 bjFjkB cj（11）式中為嚙合點(diǎn)j處兩齒面的綜合曲率半徑。于是輪齒上j點(diǎn)處的總變形量j可表示成下式j(luò)=jj ij e Sp 2（12）式中2是滾模輪齒齒面的j點(diǎn)處的彈性變形量，計(jì)算方法與工件輪齒彈性變形量相同；在滾模與工件齒輪之間存在內(nèi)傳動(dòng)鏈，并且采用定中心距的加壓方式的情況下，法向總變形量j=S0為定值，這里S0是沿嚙合線方向的擠壓量。
本文以廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)及精密機(jī)-床上的20CrMo滲碳齒輪為例，提出了一種將熱處理、精滾以及淬火等工序組合成單一在線加工工藝的精滾形變熱處理工藝方法，并建立了滾擠過程中輪齒的雙面嚙合受力模型，推導(dǎo)出滾模和工件的彈性彎曲變形、彈性接觸變形及輪齒總變形的計(jì)算公式。
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