直齿圆柱齿轮淬火残余应力分析

张京辉

摘要：直齿圆柱齿轮的使用很广泛，作为机械零部件中最重要部件，齿轮的应用寿命对机械零件的寿命有很深的影响。因此研究齿轮的使用寿命非常重要。基于ABAQUS有限元软件对齿轮进行淬火残余应力分析。

Abstract： Straight tooth cylindrical gear is widely used， as the most important part of machinery parts ， the service life of gear has a deep impact on the life of machinery parts.So it is very important to study the service life of gear.The quenching residual stress of gear was analyzed based on ABAQUS finite element software.

关键词：淬火介质;残余应力;数值模拟;ABAQUS

Key words： hardening agent;residual stress;numerical simulation;ABAQUS

中图分类号：TG162.73                                  文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）02-0041-02

0  引言

20crmnti是低碳钢，常用来作为制造汽车、摩托车、各种工程机械的传动齿轮。正常工艺下齿轮需要经过淬火工艺处理增加其性能强度，但由于淬火过程中工件形状导致不同部位的冷却速率不均匀，会产生淬火残余应力及工件变形问题[1-4]。淬火残余应力会导致齿轮产生裂纹，甚至减少齿轮使用周期。

1  有限元模型分析

1.1 几何模型

分析的齿轮几何模型如图1所示。小齿轮齿数为36，大齿轮齿数为45，模数为2，齿宽30mm，压力角20度。

1.2 约束边界条件和初始条件定义

齿轮内侧受到主轴影响，约束其法向的位移。齿轮侧面约束法向位移。

齿轮进行分级淬火：①油淬：初始条件为齿轮淬火的初始温度（C860度），载荷为对流系数1HF （随温度变化而变化），边界条件为油的温度（80度），大约时间600s;②空气中冷却：初始条件为齿轮油淬结束后的溫度，载荷为对流系数2HF （空气中为常数），边界条件为空气的温度（取25度），大约时间为1800s[5-7]。

2  齿轮数值分析

2.1 温度结果分析

淬火过程中，齿轮内侧温度相比外部温度较高，这是由于外部与环境接触面积较大，因此散热较快。当淬火10s时，齿轮内侧最高温度仍保持860度初始温度，而外温度已降低至约400度。……