[发明专利]一种重载复杂工况螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选方法

说明书

本发明涉及一种重载复杂工况螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选方法，包括：(1)重载复杂工况螺旋锥齿轮载荷特性数字表征方法研究；(2)重载复杂工况条件下螺旋锥齿轮疲劳性能评估；(3)基于材料本构模型试验的螺旋锥齿轮喷丸残余应力分布规律与粗糙度分布；(4)基于喷丸工艺参数对齿面表层及亚表层应力场分布状态以至轮齿疲劳寿命的影响规律，对齿轮喷丸工艺参数优选。本发明可以分析重载复杂工况螺旋锥齿轮载荷特性数字表征方法；同时通过材料本构模型以及有限元仿真分析，得到了喷丸工艺参数对齿面表层及亚表层应力场分布状态以至轮齿疲劳寿命的影响规律，对齿轮的喷丸工艺参数优选有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种重载复杂工况螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选方法，适用于重载复杂工况下的螺旋锥齿轮抗疲劳性能不足的问题，通过对螺旋锥齿轮喷丸工艺参数的优选，对提高重载螺旋锥齿轮的承载能力和技术指标具有重要的实际意义。

背景技术

螺旋锥齿轮是航空发动机机械传动系统的核心关键零件。航空发动机传动系统的服役寿命和使役性能与螺旋锥齿轮的表面残余应力分布及表面粗糙度密切相关。高转速、高过载、高冲击、高温的工况环境对螺旋锥齿轮加工质量提出了极高的要求，基于这些高要求，在对原有的齿轮抗疲劳特性研究的基础上，研究喷丸工艺参数对齿面表层及亚表层应力场分布状态以至轮齿疲劳寿命的影响规律，提出了一种重载复杂工况螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选方法，对高抗疲劳特性的螺旋锥齿轮的工艺设计和生产安排进行指导，从而为重载复杂工况螺旋锥齿轮的高抗疲劳性制造提供工艺技术保障。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：针对螺旋锥齿轮的抗疲劳性能不足问题，通过重载复杂工况螺旋锥齿轮载荷特性数字表征方法研究以及重载复杂工况条件下螺旋锥齿轮疲劳性能评估；结合材料本构模型研究了不同喷丸参数对材料表面残余应力分布及表面粗糙度的影响规律；建立空间位置随机分布、与覆盖率相关的多弹丸喷丸模型，通过仿真得到喷丸残余应力场的分布状态，分析喷丸工艺参数对齿面加工残余应力场影响规律；针对给定的喷丸工艺条件，分析齿面粗糙几何形成机理，建立了齿面粗糙度计算模型，得到了齿面粗糙度的分布云图。最终对螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数进行优选。

本发明采用的技术方案是：一种重载复杂工况螺旋锥齿轮的喷丸工艺参数优选方法，其方法流程如下：

步骤(1)、重载复杂工况螺旋锥齿轮载荷特性数字表征方法研究；

步骤(2)、重载复杂工况条件下螺旋锥齿轮疲劳性能评估；

步骤(3)、基于材料本构模型试验的螺旋锥齿轮喷丸残余应力分布规律与粗糙度分布；

步骤(4)、基于喷丸工艺参数对齿面表层及亚表层应力场分布状态以至轮齿疲劳寿命的影响规律，对齿轮喷丸工艺参数优选。

进一步的，所述步骤(1)中对传动系统载荷传递路径进行分析，研究传动系统输入端载荷向重载螺旋锥齿轮轮齿负载的转换过程，对输入扭矩进行统计与分布分析，抽取冲击载荷，并分析冲击载荷对齿轮整体负载的影响大小，进一步研究考虑冲击载荷作用下轮齿载荷分布形式。

进一步的，所述步骤(2)中以微观短裂纹萌生理论模型为基础，结合轮齿啮合应力精细分析方法，建立一套适合螺旋锥齿轮啮合过程且与喷丸工艺参数相关联的的轮齿疲劳分析方法，提出了重载螺旋锥齿轮齿面点蚀和断齿的失效形式判据，对重载螺旋锥齿轮疲劳寿命进行评估。

进一步的，所述步骤(3)中对重载螺旋锥齿轮材料进行分离式霍普金森压杆试验，建立材料的粘塑性本构模型，研究螺旋锥齿轮展成运动原理以及喷丸轨迹设计方法，建立其喷丸过程有限元仿真和数学分析模型。

进一步的，所述步骤(4)中通过仿真得到喷丸残余应力场的分布状态，分析喷丸工艺参数对齿面加工残余应力场影响规律，针对给定的喷丸工艺条件，分析齿面粗糙几何形成机理，建立了齿面粗糙度计算模型，得到了齿面粗糙度的分布云图。