圆柱斜齿轮滚轧成形工艺数值模拟.pdf

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1、精密制造与自动化2014年第3期宋◇。◇。◇。◇。。◇。◇。◇。e工艺与装备《◇圆柱斜齿轮滚轧成形工艺数值模拟术乔硕孙振李晓冬薛克敏(合肥工业大学材料科学与工程学院合肥230009)摘要对螺旋角为20。和30。的圆柱斜齿轮的滚轧成形工艺进行了研究。依据体积不变原理，在确定齿坯直径的基础上计算了滚轧轮齿顶圆直径、齿形尺寸等；利用有限元软件DEFORM一3D仿真分析了圆柱斜齿轮在滚轧成形过程中金属的流动规律和等效应变场。关键字斜齿轮滚轧数值模拟圆柱斜齿轮是汽车及机械行业中应用极为广泛作用。由于在工艺设计时，滚轧齿轮锻件的尺的传动零件。由于其形状较为复杂且存在一定的螺寸已经确定，因此在设计轧轮齿

2、形时，需根据旋角，目前国内外生产该类型齿轮采用先粗锻制坯齿轮锻件的尺寸来确定轧轮尺寸。再切削加工齿形的方法。切削加工使得金属纤维组如图1所示，要轧制出合格的锻件，齿轮锻织切断，降低了齿轮强度且材料利用率低，能源和件的齿根高(+c)与齿顶高m分别同轧轮的工时消耗大⋯。齿顶高和齿根高相等，且两者齿厚需满足：=f齿轮的滚轧成形是利用齿轮啮合原理的一种成—02。式中，01为齿轮锻件上分度圆齿厚；o2形工艺，可高效率、高精度、低消耗地成形机械零为轧轮上分度圆齿厚；f为周节。件的渐开线花键、各类齿形、油槽等。基于齿轮的滚轧成形工艺，利用有限元模拟软件DEFORM一3D对圆柱斜齿轮的滚轧过程进行研究，分

3、析了成形时各因素的影响规律’，齿轮参数见表1。表1影响成形的因素(a)齿轮锻件齿形尺寸名称符号法向模数mn1rnlTl齿数18压力角n20。齿顶高系数hl间隙系数0_25齿轮高度H1ITlIn螺旋角20。～3O。(b)轧轮齿形尺寸图1齿轮锻件与轧轮齿形尺寸示意图1理论计算1．1滚轧轮齿形的确定1．2齿坯尺寸的确定要准确地在齿坯外圆进行分齿且轧制出的齿坯在滚轧过程中为局部成形，变形部分齿形接近标准齿形，轧轮的齿形参数(如齿顶圆主要发生在齿形。由于滚轧轮做的是旋转与进直径、齿根圆直径、齿顶高、齿根高等)起决定性给的复合运动，且轧轮齿形凹槽与齿坯存在一定的摩擦力，因此滚轧结束后所获得锻件不可大学

4、生创新实验计划项目编号：2011CXCY090能完全接近标准齿形，需要给锻件留有一定的48精密制造与自动化2014年第3期充填齿腔存在速度差异，这在后续的成形过程中会形成折叠。另外，这种速度的差异也与金属是否存在加工硬化有关。参考文献[1]吴吴，伍万斌，薛克敏．圆柱斜齿轮闭式温锻数值拟[J]．合肥工业大学学报，2008，31(1)：96—99．[2]韩凤磷．渐开线花键冷滚轧工艺及设备研究[D]．秦皇岛：燕山大学硕士学位论文，2005．[3]张梦寅．渐开线花键轴向进给冷滚SLSL轮的设计[J]．O一锻压技术，1991，16(5)：35—36．(b)进给量100％[4]傅则绍．微分几何与齿轮啮

5、合原理[M]．东营：石图4圆柱斜齿轮滚轧过程等效应变场油大学出版社出版社，1999．[5]张光裕．渐开线花键冷滚挤成形[J]．制造技术与3结语机床，2003(1)：58-61．通过对螺旋角为20。和30。的圆柱斜齿轮滚轧成[6]ReimundNeugebauer，DirkKlug，UdoHellfritzsch．形工艺进行的数值模拟，得到如下结论：Descriptionoftheinteractionsduringgearrolling(1)在确定齿坯直径的基础上，计算了滚轧轮asabasisforamethodfortheprognosisofthe齿顶圆直径和齿形凹槽相应尺寸。通过滚轧

6、过程attainablequality[J]．Prod．Eng．Res．Deve1．的有限元模拟分析，得到了良好的材料流动和等效(2007)1：253—257．应变场。[7]孙陈作模．机械原理[M]．北京：高等教育出版社，1999．(2)圆柱斜齿轮在滚轧过程中，由于滚轧轮[8]刘建生，陈慧琴，郭晓霞．金属塑性加工有限元模齿形对齿坯施加的摩擦力作用，导致齿形金属拟技术与应用[M]．北京：冶金工业出版社，2003．(上接第47页)内输出摆频上、下限限制中的信号，如图2所示。数模式时增、减指令通道固定为编码器A、B通道，不需要选择。计数采样时问为1ms，计数值到达指定计数值时，数字输出指定计数值

7、到达变有效。直到脉冲数到达设定计数值时，数字输出变无效。计数器分频系数对输入的脉冲合并后进行计数，使用编码器接口的最高频率达300kHz，使用PFI端子状态的最高频率达50kHz，用普通端子实现普通增减计数的最高频率达500Hz。3结语SB70G型变频器纺织摆频的自动投入方式过图2输出摆频上、下限限制中信号程，是先加速到摆频预置频率并等待摆频预置频率等待时间，直到有停机命令，手动投入与自动投入2$B70变频器计数器控制的