齒輪齒面超聲擠壓強化有限元模擬

趙慧玲，張勤儉，房善想

（北京交通大學機械與電子控制工程學院，北京100044）

隨著我國科學技術飛躍發展，各行各業對齒輪的強度和表面質量提出了更高的要求，尤其是我國高速列車、工程機械及航空航天技術的飛速發展，對于齒輪特別是高速重載齒輪綜合性能的要求日益提高。傳統的齒輪表面強化工藝主要有滲碳滲氮、涂層強化、噴丸、激光淬火等方法，近年來，還出現了超聲噴丸等強化方法。傳統的強化方法雖然在一定程度上改善了齒輪表面的性能，但仍無法徹底解決齒輪疲勞破壞問題。

隨著超聲波技術的發展，超聲擠壓強化技術在表面強化領域顯示出了獨特的優勢。當前，我國學者已在超聲擠壓強化技術方面取得了一定的研究成果，并在生產實踐中得到了應用。例如：對板料、棒料等規則表面進行超聲強化處理后，材料表面可產生殘余應力，且硬化層深度明顯增加，表面粗糙度值可低于Ra0.1 μm，疲勞強度得到顯著提高。然而，超聲擠壓技術在齒輪表面強化方面的相關研究還很少，尚有較大的研究空間。本文應用有限元方法將超聲擠壓強化技術應用于齒輪齒面，提取模擬后的表層殘余應力及在不同工藝參數下殘余應力隨深度變化曲線，分析不同工藝參數對齒輪殘余應力的影響。

1 有限元分析前處理

1.1 建立有限元模型

由于齒輪模型及齒輪與工具頭接觸狀態的復雜性，在有限元軟件中無法精確地繪制標準的漸開線齒輪模型及裝配模型。……