汽车驱动桥准双曲面齿轮抗疲劳制造新方法的探索与试验研究

针对国产载重汽车驱动桥准双曲面齿轮使用寿命短、易断齿的问题，本项目基于准双曲面齿轮的低应力集中设计制造技术、精密塑性成形技术及超声振动研齿技术，提出一种准双曲面齿轮抗疲劳制造的新方案，试图改变准双曲面齿轮现有的切齿加工的生产模式。通过优化设计和有限元分析，设计出既易于塑性成形又应力集中小的齿根过渡曲面。通过对精锻及摆动辗压复合成形机理的深入研究和过程仿真，精确设计模具净成形出不需要切齿加工的准双曲面齿轮大轮；通过对闭塞式精锻成形过程的模拟、仿真和预测，近净成形出精切余量小而均匀的准双曲面齿轮小轮，通过数字化闭环制造技术保证与大轮的接触质量。试验研究通过改变轮齿纤维流线提高其抗疲劳断齿的能力。研究准双曲面齿轮超声振动研齿的理论与方法，设计试验装置对齿面和齿根进行光整精加工；对比试验传统制造方法和抗疲劳制造新方法制造的准双曲面齿轮的弯曲疲劳强度,提出一条具有自主创新理念的抗疲劳制造新方法。

本项目已按计划书完成了规定的研究内容。主要研究进展和取得的成果如下：.分别对工作齿面、突端和过渡曲面进行 网格划分，得到了准双曲面齿轮精锻的三维模型。对齿轮副进行了加载接触分析，将齿轮副模拟装配后实现了接触区动态仿真。通过对精锻成形的齿根过渡曲面和切齿加工的齿根过渡曲面的对比，证明了新的设计方法对齿根过渡曲面的优化效果明显。.通过弹塑性有限元分析，研究了准双曲面齿轮主从动轮精锻成形过程中金属的流动规律。通过物理试验和生产试验研究相结合，验证了精锻准双曲面齿轮数值模拟结果的正确性和合理性。对精锻从动轮进行疲劳寿命试验，检测数据显示该工艺能够有效地提高齿轮的使用寿命。根据对模具不同位置的磨损情况的分析可知，影响模具寿命最主要的因素为模具硬度和齿模齿顶过渡圆弧半径。运用正交试验优化设计方法，确定了预锻件高度、圆弧弦高、圆弧弦角以及圆弧高点离轮齿小端的距离等四个工艺因素对轮齿充满程度和成形载荷的影响规律，探讨出最佳工艺因素组合。.针对目前准双曲面齿轮冷摆辗技术存在的缺陷，提出了一种新型的冷摆辗方案，采用局部线接触连续塑性成形，简化了模具结构。通过对此方案进行运动学、动力学和成形过程的数值模拟仿真，证明了此方案的运动精确性。研究结果表明，要使冷摆辗工件达到预期的设计要求，必须对其弹性回弹误差进行补偿达到精度要求。.推导了准双曲面齿轮超声激励系统的频率方程和振幅放大倍数的计算公式，确定了超声激励系统各部分的理论尺寸。对有预应力的超声激励系统进行了设计和谐响应分析，得到了幅值曲线和幅频曲线。对超声激励系统进行了频率测试，验证所设计的超声研齿系统能满足研齿实验的需要。对某汽车后桥用准双曲面齿轮进行了超声研齿实验和研齿效果测试，结果表明：超声研齿后，齿面的接触印痕得到了改善，齿面粗糙度降低，使用寿命得到提高。