机械创新实习报告

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1、b目录第一章绪论-2-1.1齿轮的淬火处理-2-1.2有限元方法-2-1.3齿轮有限元仿真的现状-2-1.4课题意义-3-1.5研究内容-3-第二章圆柱齿轮的几何特征和模型建立-4-2.1圆柱齿轮的几何特征-4-2.2圆柱齿轮的三维模型建立-5-第三章圆柱齿轮渗碳淬火过程热力学模型-5-3.1相关材料热力学参数-6-3.1.1热学性能参数-6-3.1.2力学性能参数-6-3.2建立齿轮模型-6-3.3淬火仿真方案及其相关参数-7-第四章圆柱齿轮淬火过程的计算机仿真-8-4.1温度场分布的仿真-8-4.1.

2、1瞬态传热的数学模型-8-4.1.2齿轮淬火温度场的仿真-8-4.1.3温度场仿真-9-4.2淬火应力分布的仿真-11-第五章结论-12-5.1结论-12-参考文献-13-bb第一章绪论1.1齿轮的淬火处理齿轮传动是机器中最常见的一种机械传动，是传递机器动力和运动的一种主要形式，是各种机械产品的重要基础零部件。它与带、链、摩擦、液压等机械传动相比，具有功率范围大、传动效率高、圆周速度高、传动比准确、使用寿命长、结构尺寸小等一系列特点。因此，它已成为许多机械产品不可缺少的传动部件也是机器中所占比重最大的传动

3、形式。齿轮的设计与制造水平将直接影响到机械产品的性能和质量。由于齿轮在工业发展中的突出地位，致使齿轮被公认为工业化的一种象征。随着我国国民经济的快速发展，作为国家基础产业的机械设备也相应朝着大型化方向发展。作为机械设备的重要元件—齿轮传动装置的传递功率也越来越大，产品规格尺寸也越来越大。为了满足机械设备传递动力的需要，同时减少齿轮传动的结构尺寸和重量、提高齿轮的承载能力以及克服热处理技术和加工机床带来的限制，最大化提升齿轮装置的综合性能指标，要求应用于机械中的齿轮等机械零部件具有高强度、高可靠性。因此，为

4、提高机械零部件的材料强度，大多数采用各种热处理及表面处理等方法。目前，常常是通过淬火实施表面硬化处理，以取代传统的齿轮调质处理。1.2有限元方法ANSYS是一个功能十分强大的有限元分析软件，不仅适用于常规工程问题的静态或动态有限元分析，还能在诸如流体力学、热力学、温度场、电磁场等方面进行有限元计算。ANSYS热分析基于能量守恒原理的热平衡方程，用有限元法计算物体内部各点的温度、并导出其它热物理参数。运用ANSYS软件可以进行热传导、热对流、热辐射、相变、热应力及接触热阻等热问题的分析求解。ANSYS不仅能

5、解决纯粹的热分析问题，还能解决与热相关的其它诸多问题，如热--应力分析、热--电分析、热--磁分析等。一般称这类涉及两个或多个物理场相互作用的问题为耦合场分析。ANSYS提供了两种分析耦合场的方法：直接耦合法和间接耦合法。1.3齿轮有限元仿真的现状传统的齿轮淬火都是利用表面硬化处理，或进行钢的调质处理，其分析过程大都是通过实际测量，或经验进行对结果的处理和对比，并没有成熟的理论和数据分析说明，存在很大的偶然性，而且由于实验条件的不稳定性，结果有时会出bb现很大的偏差，所以必须通过大量的实验，才能得出相对稳

6、定的结果，耗时又耗力。从有限元仿真分析的理论建立开始，经过很短的时间，便被各领域进行了参数化分析和改进，目前，有限元分析仿真已经发展成为了一套成熟的理论，应用到机械、建筑、电子等各个领域中，取得了很好的研究成果。目前，在国外，通过对齿轮进行有限元仿真分析来获得齿轮进行热处理时的各项参数和数据，已成为一种主流的求解参数的方法，特别是针对ANSYS分析软件，不仅可以得到详细的数据和参数，而且可以看到清晰的仿真过程，便于我们对整个过程进行分析控制，所以在国外普及化程度很高；在国内，在齿轮加工过程中，大都依然沿用

7、传统的制作工艺，又加上对ANSYS软件的接触较晚，普及率相对较低，总体上还在一种学习的过程中，相信随着国内外技术的交流和进步，齿轮有限元分析会很快运用到国内的生产技术中，取得很大的发展。1.4课题意义采用齿面硬化处理制成硬齿面齿轮，是提高齿轮强度及承载能力的有效途径，也是齿轮传动的主要发展趋势，目前大多数齿轮制造业发达国家已普遍采用了硬齿面齿轮。在实现硬齿面的各种热处理工艺（渗碳淬火、氮化、表面淬火等）中，渗碳淬火工艺虽然比较复杂，但在传递相同功率（扭矩）的情况下，齿轮的减速器体积最小、重量最轻，整机价格

8、最低，是生产应用中最主要的工艺方法。为得到硬齿面齿轮，各国至今仍然采用机械加工（或塑性成形）--渗碳--热处理的传统工艺存在如下问题：齿轮表面渗碳层厚度不一致，不利于齿轮综合性能的提高。渗碳处理是在齿轮切削或塑性成形后进行，由于没有确立渗碳层控制技术，齿根与齿面在同一渗碳氛围中进行渗碳处理，齿面、齿顶及齿根的渗碳层浓度、梯度、厚度大致相同。然而由于齿面与齿根的工作特性不同，要求齿面渗厚、齿根渗碳层薄。为了保证齿面的耐磨性，使含