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仿生齿轮疲劳寿命及耐磨性研究

作　者: 芦海涛
导　师: 呼咏
学　校: 吉林大学
专　业: 机械制造及自动化
关键词: 齿轮仿生疲劳寿命耐磨性激光加工
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

齿轮传动是机械行业当中最重要的传动方式之一,它具有速比范围大、功率范围广、结构紧凑可靠等一系列优点,被广泛应用在航空、航天、交通、机械制造等各个工业部门。目前齿轮传动正向着承载能力大、疲劳特性好等趋势发展。仿生学的出现,为解决齿轮的相关问题开辟了新的思路。本文根据工程仿生技术,选取生物体表的抗疲劳和耐磨形态。根据齿轮和滚子试件工作过程中的受力情况,利用滚子试件对滚代替齿轮啮合进行疲劳强度和耐磨性试验。采用优化设计的方法,设计九种仿生表面形态,并利用激光雕刻机,将设计的仿生形态雕刻到试件表面上。通过对滚试验,优选出最佳的仿生形态。通过扫描电镜、激光共聚焦显微镜对滚子试件表面形态进行观察分析,加工的表面形态完全满足设计要求。将优选的形态利用激光雕刻机雕刻到齿轮的轮齿表面上,对齿轮进行疲劳强度和耐磨试验,通过测量点蚀面积率和对齿轮误差的检测,证明了仿生齿轮的疲劳寿命及耐磨性明显优于普通齿轮。本文对具有仿生表面形态的齿轮进行了疲劳寿命和耐磨性的试验研究和分析,为工程实际中提高齿轮的性能提供了理论依据,也为仿生理论在工程实际中的应用提供了很好的例证,为仿生齿轮在工程实际中的应用奠定了一定基础。

全文目录

提要  4-8
第1章绪论  8-18
  1.1 仿生学简介  8
  1.2 齿轮传动的基本知识  8-15
    1.2.1 齿轮的发展及研究现状  8-9
    1.2.2 齿轮啮合过程中的机理分析  9-10
    1.2.3 齿轮的失效形式  10-12
    1.2.4 提高齿轮使用寿命的方法  12-15
    1.2.5 各种提高齿轮使用寿命方法的局限性  15
  1.3 选题意义  15-16
  1.4 论文的主要研究内容  16-18
第2章齿轮工作状况及受力分析  18-25
  2.1 机械零件的疲劳和磨损现象  18-19
    2.1.1 机械零件的疲劳现象  18-19
    2.1.2 机械零件的摩擦磨损现象  19
  2.2 齿轮啮合运动工况分析  19-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章仿生抗疲劳及耐磨表面形态研究  25-31
  3.1 典型的生物表面形态  25-26
  3.2 具有抗疲劳特性和耐磨性的典型生物  26-28
  3.3 仿生表面形态的设计  28-29
  3.4 试验数据优化设计  29-30
  3.5 本章小结  30-31
第4章具有仿生表面形态圆柱滚子试件的加工  31-50
  4.1 激光加工技术  31-34
    4.1.1 激光加工的优缺点  31-32
    4.1.2 激光加工原理  32-34
  4.2 试验所用激光加工设备  34-42
    4.2.1 激光加工过程  35-37
    4.2.2 圆柱滚子试件的各种仿生表面形态  37-42
  4.3 圆柱滚子试件仿生表面形态的误差分析  42-43
  4.4 试件仿生表面形态分析  43-46
    4.4.1 仿生表面形态分析  44-45
    4.4.2 裂纹分析  45-46
  4.5 激光加工处的组织及硬度  46-49
    4.5.1 激光加工试件组织  46-47
    4.5.2 激光加工后的试件显微硬度  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第5章仿生形态试件对滚试验  50-62
  5.1 试验准备  50-52
    5.1.1 M-200 试验机  50-51
    5.1.2 用酸性试剂清除凹坑内的氧化物  51-52
    5.1.3 用酒精清洁工件表面  52
  5.2 具有仿生表面形态的圆柱滚子试样对滚试验  52-56
    5.2.1 滚子试样磨损量的测定方法  52
    5.2.2 对滚子试件进行预磨损  52-54
    5.2.3 对滚试验  54-56
  5.3 试验结果分析  56-60
    5.3.1 试验结果  56-58
    5.3.2 正交试验优化设计  58-60
  5.4 耐磨性机理分析  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第6章试验齿轮的设计、制造与检测  62-71
  6.1 试验齿轮的设计及制造  62-64
  6.2 试验齿轮的检测  64-68
  6.3 齿轮仿生表面形态的加工  68
  6.4 仿生齿轮的检测  68-70
  6.5 本章小结  70-71
第7章具有仿生表面形态齿轮的疲劳寿命和耐磨性试验研究  71-82
  7.1 齿轮摩擦磨损及疲劳性能的测定方法  71-73
    7.1.1 齿轮磨损的判别方法  71
    7.1.2 齿轮疲劳破坏的判别方法  71-73
  7.2 仿生齿轮的疲劳寿命和耐磨性试验研究  73-74
    7.2.1 齿轮的疲劳寿命和耐磨性试验原理  73
    7.2.2 齿轮的疲劳寿命和耐磨性试验  73-74
  7.3 试验结果分析  74-80
    7.3.1 仿生齿轮与普通齿轮的疲劳寿命对比分析  74-77
    7.3.2 仿生齿轮与普通齿轮的耐磨性对比分析  77-79
    7.3.3 仿生表面形态提高齿轮疲劳寿命和耐磨性的原因分析  79-80
  7.4 本章小结  80-82
第8章结论与展望  82-84
  8.1 结论  82-83
  8.2 展望  83-84
参考文献  84-87
致谢  87-88
摘要  88-90
ABSTRACT  90-92

仿生齿轮疲劳寿命及耐磨性研究

内容摘要

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