薄壁齿轮淬火变形有限元分析与改进

姜 辉，陈文革，陈茂进，杨一潇

(1.西安理工大学 材料科学与工程学院，陕西 西安 710048； 2.泰州进鑫机械有限公司，江苏 泰州 225300)

薄壁齿轮是一些相对自身尺寸壁厚较薄的环形齿轮和轮幅宽度较小的盘形齿轮，是目前工业装备制造中主要零件之一[1]，主要有传递动力、变速和改变运动方向等作用，故要求其表面有高强度、高耐磨性，芯部有高韧性，整体有良好的综合力学性能等[2]。为此通常要选用合金钢，并通过一定的热处理来满足这些性能要求，但热处理会造成翘曲变形、尺寸超差、硬度不均等问题。D.W.Kim等[3]对SCR420钢齿轮进行了渗碳处理发现齿轮有径向变形。J.R.Cho等[4]对锥齿轮进行了淬火处理发现齿轮出现了尺寸偏差。刘海滨等[5]对20CrMoTiH齿轮进行渗碳淬火处理发现齿轮出现轮齿胀大、椭圆变形及扭曲变形。邓影州[6]对20CrMo钢薄壁齿轮进行了渗碳淬火处理发现齿轮出现了椭圆变形和翘曲变形。张翠莹等[7]对20CrMnTi齿轮进行了渗碳淬火处理发现齿轮出现扭曲变形、硬度不均。李小末等[8]对薄壁齿轮进行了淬火处理发现齿轮出现了椭圆变形、平面翘曲。针对上述热处理造成的缺陷，很多学者进行了研究，如R.Husson等[9]在热处理前进行应力消除减小了齿轮箱轴齿热处理后的扭曲变形。张忠和等[10]在调整薄壁齿轮直径与壁厚比后降低了齿轮渗碳淬火后的椭圆变形。王培忠等[11]选择了合适的淬火油有效减小齿轮淬火时内花键孔的变形。张玉忠等[12]通过调整装炉方式改善了齿轮渗碳淬火后的扭曲变形、锥变。……