摆线齿轮成形磨削温度场数值模拟及分析

成形法磨齿是对摆线齿轮进行精加工的一种方法。成形砂轮磨齿过程中,当磨削工艺参数选用不合适时,磨削区内产生的瞬时高温将会造成齿面烧伤。为了优化磨削工艺参数,防止齿面烧伤,对齿面温度场分布情况进行数值模拟是非常必要的。运用理论分析计算出磨削过程中的磨削能量及热量分配比,运用有限单元法和计算机仿真软件对摆线轮成形磨削过程中的温度场分布情况进行仿真,得到齿面温度随磨削时间的变化情况以及温度场在齿面的分布情况。通过仿真分析发现,砂轮沿摆线轮轴向方向移动速度vw和沿径向进给磨削深度ap对齿面温度场分布情况有较大影响,整个磨削过程中齿面瞬态温度场最高温度出现在摆线轮齿面尾部靠近齿顶位置,仿真结果与理论分析结果最大误差在10%以内。研究结论对预测齿面温度场分布情况及合理选用磨齿工艺参数有重要的应用价值。     

摆线齿轮成形磨削温度场分布研究

高精度RV减速器摆线齿轮齿面精加工过程中齿槽将砂轮包容,大部分磨削能转化为热能,引起磨削区温度急剧升高。过高的磨削温度将造成齿面表层出现二次回火烧伤、白层等热损伤。为防止热损伤的出现,在湿磨工况下采用不同磨齿工艺参数对齿面温度场分布情况进行数值模拟。采用理论分析计算出磨削过程中热量分配比及对流散热系数,运用有限单元法和计算机仿真软件对湿磨工况下齿面温度场分布情况进行仿真。研究结果表明:磨削深度a_p对齿面温度场分布情况有较大影响;冷却液的对流换热作用能够及时有效的降低齿面温度,摆线轮齿面的精加工环境应当在湿磨工况下;其他磨削工艺参数不变时,随着磨削深度a_p的增加,磨削液的冷却作用使齿面温升梯度较缓。仿真实验结果对预测湿磨工况下摆线轮齿面温度场分布情况及合理选用湿磨磨齿工艺参数有重要的应用价值。     

小模数齿条分光束激光淬火工艺研究

采用3 k W半导体激光器对40Cr高精度导轨齿条模数为2.5的齿面进行激光淬火,研究了单光束激光淬火与分光束小模数齿条的激光淬火工艺。结果表明,采用单光束激光淬火反射的能量对齿面硬度产生的影响不大,吸收的能量通过热传导会使淬火的齿面产生回火;与单光束激光淬火相比,分光束激光淬火所需的功率更低、效率更高、硬度均匀性与一致性更好。     

选区激光熔化温度场仿真及温度调控研究

在选区激光熔化(SLM)加工过程中，温度对工件的成形质量具有决定性的作用，而温度取决于加工工艺。因此，针对铜合金加工的温度问题，建立了铜合金温度场三维有限元仿真模型，研究了不同工艺参数对温度场温度的影响，为铜合金加工的工艺调控提供理论基础。基于温度场仿真模型，本文分别研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、粉末层厚对温度场的影响，研究表明：熔池的温度随着激光功率的增加而增加，随着扫描速度的增加而减小，扫描间距和扫描层厚对温度场的温度会有一定的影响，但是影响非常小。     

齿轮淬火热处理温度场与相变分析

分析了齿轮淬火热处理工艺,应用ANSYS软件对齿轮淬火热处理过程中的温度场与相变问题进行了研究。通过有限元建模、网格划分与变阶条件设置,对齿轮淬火热处理进行仿真,得到高频、中频和双频作用下的温度场,以及齿顶与齿根位置在淬火过程中的相变历程。通过研究确认,双频作用下,淬火过程中齿轮齿顶与齿根温度场分布较均匀,最高温度为862.4℃;齿顶上贝氏体含量为45%,铁素体含量为48%;齿根上贝氏体含量为5%,下贝氏体含量为75%,马氏体含量为20%。     

摆线轮多齿成形磨削热力耦合仿真分析

摆线轮多齿成形磨削为齿轮精加工工艺,一次可完成个齿槽的加工。在高速磨削过程中,齿轮表面会产生瞬间高温,高温可能会造成齿面烧伤,磨削温度场产生的温度梯度会使齿面形成残余应力,使摆线轮齿面金相组织出现变化,影响齿轮的磨削加工精度。通过有限元法模拟摆线轮多齿成形磨削温度场,再采用热力耦合分析方法,得到摆线轮成形磨削温度场和热应力的数值仿真云图,通过对磨削区主应力分析可知,应力主要集中在磨削中心靠齿根部,磨削区呈现热压应力,在已磨削区域,热压应力转变为热拉应力,并逐渐形成残余拉应力,且随着磨削工艺参数变化,节点应力也发生相应变化。研究结论对预测多齿成形磨削温度场和热应力场分布情况和合理选择磨齿工艺参数有一定的研究意义。     

基于ANSYS的18CrNi8齿轮激光淬火温度场分析

针对重载汽车大模数齿轮的表面激光淬火工序,进行ANSYS有限元温度场分析。主要有三维模型的建立、载荷的施加方法、移动热源命令流编写、纵切面温度分布处理、硬化层深度确定等。综合应用ANSYS的后处理方法,分析了加工中热流的流动情况、热源扫描路线表面的代表性节点和沿深度方向节点的温度变化、以及激光光斑前后表面温度差别较大的原因(暂称为"热流堆积效应")及解决方案。分析结果表明对齿轮齿面进行激光淬火可以达到较好效果,并通过试验验证了模拟结论。     

齿轮接触应力和温度场分析

为了得到齿轮啮合过程中轮齿接触面的接触应力分布及温度场分布,建立了啮合齿轮接触应力和温度的分析模型,采用赫兹接触理论对标准渐开线齿轮的接触应力分布进行分析,并通过有限元温度场分析方法对齿轮温度场的分布情况进行了分析;研究了啮合过程中轮齿接触点相对滑动速度、齿面摩擦因数及摩擦热流密度的计算方法,得到了啮合齿轮接触应力分布和温度场分布。     

基于ANSYS的镍钛合金心血管支架光纤激光切割温度场仿真

为了研究光纤激光切割镍钛合金心血管支架过程中温度场分布情况,通过ANSYS有限元软件模拟建立了镍钛合金心血管支架三维仿真模型,运用APDL编程语言,实现高斯热源沿轨迹移动。采用单因素变量方法,探究激光功率、切割速度对不同切割轨迹温度分布以及变化的影响。结果表明,激光切割镍钛合金管时温度场分布近似为椭圆形,靠近热源中心处等温线分布较密集,远离热源中心等温线分布较稀疏。切割区域温度随激光功率的升高而增大,随切割速度的升高而降低。激光功率过大或切割速度过小时,会使熔渣在镍钛合金管内表面堆积严重。激光功率过小或切割速度过大时,会导致传递到管壁的热量不足,工件难以切透。仿真结果对实际切割参数的选取提供依据。     

焊接参数对304不锈钢激光焊接温度场分布特征的影响

采用红外热像测量的方法,跟踪拍摄304不锈钢激光焊接的过程,研究激光焊接参数对304不锈钢焊接温度场特征的影响。试验结果表明,激光功率一定时,随焊接速度的减小,熔化区域的长度和宽度增大,但温度场分布的基本特征未变;焊接速度一定时,随激光功率的增大,焊缝正面温度场的整体温度升高,特别是熔池后端次高温区的温度显著升高和面积显著增大,但温度场分布的基本特征未变;输入线能量相近时,高功率/高速度组合的“小孔”区域温度较高,低功率/低速度组合的次高温区域的温度较高、面积较大,但是后端焊缝区域的温度较低。     

铝合金淬火过程的三维温度场模拟

建立了7050铝合金淬火过程的仿真模型,基于Deform-3D有限元软件对淬火过程的三维温度场进行了仿真模拟,得到铝合金试样各部位在不同时刻的温度变化和温度场分布规律。仿真过程计算速度快,计算结果可靠,可为进一步的淬火工艺优化提供指导。     

少齿数非对称齿轮参数对温度场影响分析

温度场分布对齿轮齿面胶合失效具有重要影响,进而对齿轮传动的可靠性及寿命具有重要影响。基于少齿数非对称齿轮副啮合齿面间产生的摩擦热,运用齿轮空间啮合理论、传热学和有限元方法,分析摩擦热流量及其影响参数沿啮合线的分布情况,建立齿数非对称齿轮的温度场热平衡温度方程,创建齿轮副的有限元模型。通过运用ANSYS参数化设计语言APDL依次对单元节点的摩擦热流量进行加载,得到精确的少齿数非对称齿轮温度场的分析结果。可知:齿顶附近和齿根附近时齿轮温度分布的两个峰值位置;分析齿轮几何参数和工况参数变化对温度场的影响,增加变位系数,齿顶滑动速度增加,导致齿轮的温度上升;为齿轮的优化设计和润滑改进提供可靠依据。     

弧齿锥齿轮动态热边界渗碳淬火工艺优化设计

针对弧齿锥齿轮渗碳淬火过程中因齿面变形引起的鼓形长度过大及齿面硬度达不到要求从而产生噪声、振动、加速齿轮副损耗的问题,运用DEFORM-HT有限元软件对弧齿锥齿轮轮齿动态热边界渗碳淬火过程进行了模拟分析,研究了冷却介质温度、淬火槽入口速度、齿轮保温温度、扩散阶段碳势等4个主要参数对齿轮鼓形长度和齿面硬度的影响;采用正交试验设计分析方法,以齿轮鼓形长度和齿面硬度为优化指标,通过离差和方差数值计算分析得到了最佳工艺参数。结果表明,当介质温度为100℃、入口速度为1.5 m/s、保温温度为835℃、碳势为1.0%时,鼓形长度最小、齿面硬度满足实际生产对齿面58~64HRC的硬度要求。     

面齿轮磨削温度场分析

基于蜗杆砂轮磨削面齿轮原理和空间曲面理论,推导了面齿轮齿面磨削点处主曲率和主方向计算公式;基于瞬时椭圆接触理论和磨削热理论,建立了面齿轮磨削温度场理论公式;基于ANASY建立面齿轮磨削温度场有限元模型,完成了磨削温度场有限元仿真;设计完成了磨削温度场实验,验证了有限元法的正确性;基于正交试验法,研究了磨削工艺参数对齿面温度分布的影响规律。     

激光切割钕铁硼磁性材料温度场的仿真分析

为研究激光切割钕铁硼材料过程的温度场分布情况,综合考虑材料热物理性参数与温度的关系及相变潜热的影响,运用ANSYS有限元分析软件模拟激光切割钕铁硼过程,APDL编程语言实现热源的加载移动和对流换热加载。研究了脉冲激光作用下不同激光参数对工件最高温度的影响。模拟结果表明,温度分布表现为近似椭圆形状的温度扩散,最高温度集中在热源中心处;工件最高温度随着激光功率、脉冲宽度增大和切割速度的减小而增大,仿真结果为激光切割参数的合理选取提供一定的依据。     

基于DEFORM有限元仿真的弧齿锥齿轮热处理过程残余应力与变形分析

基于传热学基本原理和热弹塑性理论,采用有限元方法,建立了弧齿锥齿轮热处理分析模型,利用DEFORM软件模拟了渗碳淬火工艺对轮齿残余应力分布和变形量的影响,得到了渗碳淬火过程中微观组织、齿面残余应力和轮齿变形随时间的变化规律,并研究了不同淬火温度对轮齿残余应力、变形及抗疲劳性能的影响规律。仿真结果表明,热处理后轮齿齿面形成压应力,芯部形成拉应力,随着淬火温度的升高,残余压应力增大,这有利于改善弧齿锥齿轮的疲劳特性和使用性能,同时轮齿齿面变形量的分析能够为后续的弧齿锥齿轮磨削加工工艺参数的确定提供一定的理论指导。     

干运行弧齿锥齿轮齿面温升分析

根据啮合与成型原理,建立了弧齿锥齿轮齿面方程。采用有限元方法对弧齿锥齿轮进行了加载接触分析,获得了弧齿锥齿轮齿面10个啮合点的接触正压力、相对滑动速度以及摩擦因数。应用传热学原理,在对摩擦热源与热传导参数分析基础上,建立了弧齿锥齿轮啮合非稳态温度场有限元模型,仿真分析了齿轮干运行齿面温度场分布及其随时间变化规律。结果表明,弧齿锥齿轮干运行初始阶段,随着啮合周期的增加,齿面温度急速上升,之后上升缓慢,在温度上升的同时还出现与啮合周期相对应的波动;啮合转速增大使温度急速上升的时间延长,同时转速的增加导致更显著的温度上升。     

次摆线滚轮齿条传动齿形综合研究

面向机器人移动系统对高精度、高速及大行程传动装置的需求,针对次摆线滚轮齿条传动的齿形理论及啮合特性进行了综合研究。首先,依据次摆线生成原理,综合考虑滚柱-次摆线齿啮合规律,建立了次摆线理论齿形方程、实际齿形方程及齿形曲率方程、曲率半径方程;其次,基于次摆线齿形曲率半径变化规律,结合滚柱与摆线齿啮合过程分析,推导出齿廓不根切条件、压力角及传动重合度计算公式;最后,给出算例,通过三维建模与啮合仿真,验证了前述理论推导的正确性。研究结果表明,采用次摆线齿形,合理选择结构参数,可有效解决摆线滚轮齿条传动的齿廓根切问题,增大传动重合度。     

基于ANSYS的激光清洗模具表面温度场有限元分析

激光清洗是一种新型的工业清洗技术,它利用激光能量将模具表面的污垢去除,达到绿色清洗的目的。文章利用ANSYS软件模拟了激光清洗模具过程中模具表面的温度变化,在分析过程中采用二维单元,并考虑了材料的热物性随温度的变化,建立了有限元模型,得出了模具表面节点的温度分布,以及激光功率和扫描速度对温度场的影响,这对进行激光清洗模具技术的机理研究具有很大的帮助。     

铝合金表面激光处理温度场数值模拟

采用光纤激光构造铝合金表面微孔阵列结构,采用有限元方法分析了扫描速度和激光功率对激光表面热处理温度场的影响,并对铝合金和塑料间的连接强进行测试。结果表明：工件表面的温度随激光扫描速度的增大而减小;随着激光功率的增大,工件表面温度提高;随着激光功率的增大,铝合金与塑料间的连接强度呈先升高后降低趋势,当激光功率为50w时,连接强度达到最大值。