高性能齿轮与抗疲劳制造课件.ppt
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- 关 键 词:
- 性能 齿轮 疲劳 制造 课件
- 资源描述:
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1、高性能齿轮与抗疲劳制造高性能齿轮与抗疲劳制造 赵振业赵振业 汤春峰汤春峰 高玉魁高玉魁北京航空材料研究院北京航空材料研究院20112011年年8 8月月主要内容主要内容一、传动齿轮是关键基础构件与一、传动齿轮是关键基础构件与“瓶颈瓶颈”二、高性能齿轮涉及一个复杂技术体系二、高性能齿轮涉及一个复杂技术体系 三、创新抗疲劳制造,发展长寿命齿轮三、创新抗疲劳制造,发展长寿命齿轮四、实现抗疲劳制造是一场革命四、实现抗疲劳制造是一场革命一、齿轮是关键基础构件与一、齿轮是关键基础构件与“瓶颈瓶颈”1 1 齿轮是一种关键基础构件齿轮是一种关键基础构件传递运动和动力传递运动和动力传承人类文明传承人类文明见证技
2、术进步见证技术进步 关键基础构件关键基础构件 l 决定产品主要功能决定产品主要功能 l 失效导致灾难性后果失效导致灾难性后果l 疲劳是主要失效模式疲劳是主要失效模式2 2 齿轮决定机械装备功能和服役行为齿轮决定机械装备功能和服役行为直直 升升 机机船船 舶舶风电装置风电装置高速列车高速列车机机 床床汽汽 车车 3 3 齿轮制造大国与竞争弱势齿轮制造大国与竞争弱势第二齿轮大国第二齿轮大国第二大经济体第二大经济体与国外差距大与国外差距大关键齿轮依赖进口关键齿轮依赖进口与高端制造差距大与高端制造差距大引进 /仿制落后再引进/仿制再落后中中 低低 端端 制制 造造!?4 4 齿轮是高端制造的齿轮是高端
3、制造的“瓶颈瓶颈”汽汽 车车高速列车高速列车风电装置风电装置直升机直升机大型客机大型客机发动机发动机30000hTBO8000h?1015年年?8001200h?外购?三大问题三大问题寿寿 命命 短短可靠性差可靠性差结结 构构 重重2030年年直升机主减速器直升机主减速器788kg788kg 5 5 齿轮的主要失效模式是疲劳齿轮的主要失效模式是疲劳 弯曲疲劳弯曲疲劳 高应力高应力集中集中 疲劳源疲劳源 加工刀痕加工刀痕 不连续不连续 接触疲劳接触疲劳 赫兹赫兹定理定理6 6 传统传统“成形成形”制造是制造是“三大问题三大问题”的主要原因的主要原因12345Kt10.80.60.40.2固有疲劳
4、强度固有疲劳强度fMM50NILM50NILfN/f渗渗 碳碳硬度硬度60HRCKt f3 505 80疲劳强度应力集中敏感疲劳强度应力集中敏感硬度硬度60HRC划伤应力集中超过抗拉强划伤应力集中超过抗拉强度度潜在危险潜在危险高强度齿轮钢疲劳强度应力集中敏感高强度齿轮钢疲劳强度应力集中敏感 “成形成形”制造不适应高强度齿轮钢制造不适应高强度齿轮钢 “成形成形”制造制造满足设计规定要求满足设计规定要求形位形位精度精度表面粗糙度表面粗糙度 结构重量高结构重量高 K Kt t=3 =3 f f 50 50 低许用应力低许用应力 高安全系数高安全系数 l不适应高强度合金不适应高强度合金 l不适应先进设
5、计不适应先进设计 寿命短寿命短 K Kt t4 4 f f7070 实际构件实际构件 低于设计性能低于设计性能 可靠性差可靠性差附加附加 K Kt t4 47 7 表面应力集中与疲劳裂纹起始趋肤表面应力集中与疲劳裂纹起始趋肤frequentlyrarelyfrequently表面硬度提高,敏感性提高表面硬度提高,敏感性提高材料纯净度材料纯净度制造表面损伤制造表面损伤服役表面损伤服役表面损伤表面完整性不适应表面完整性不适应?二二、高性能齿轮涉及一个复杂技术体系高性能齿轮涉及一个复杂技术体系1 1 高性能齿轮技术体系高性能齿轮技术体系合金设计合金设计高净洁度高净洁度晶粒流线晶粒流线表面完整性表面完
6、整性表层表层硬度硬度硬化硬化深度深度变变形形残余残余应力应力形形状状精精度度装装配配润润滑滑齿轮钢齿轮钢制造加工制造加工热热处处理理设设计计传动齿轮传动齿轮2 2 设计设计-材料材料-制造三位一体技术体系制造三位一体技术体系传动齿轮传动齿轮材料材料设计设计制造制造 模式:模式:基础技术先期发展基础技术先期发展 同等重要,独立发展同等重要,独立发展 高水平发展高水平发展 先发展后集成先发展后集成 三个基础技术体系三个基础技术体系p 设计主体设计主体-制造制造-材料协调技术体系材料协调技术体系p 制造主体制造主体-材料材料-设计协调技术体系设计协调技术体系p 材料主体材料主体-设计设计-制造协调技
7、术体系制造协调技术体系 两个相关技术体系两个相关技术体系p 检测技术体系检测技术体系p 评价与试验技术体系评价与试验技术体系 (1 1)设计技术发展设计技术发展耐高温耐高温 表层表层超高硬度超高硬度心部心部超高强度超高强度经济可承受性经济可承受性 体积小重量轻长寿命长寿命高可靠高可靠静强度安全-寿命损伤容限 (2 2)先进齿轮钢发展先进齿轮钢发展合金合金b MPa0.2 MPaKIC MPam1/2 9310110070099M50NiL1370120055CSS-42L17001200115德国德国Cr-Mn系系日本日本Cr-Mo系系美国美国SAE86系系汽汽 车车风风 电电高高 铁铁船船
8、舶舶中中 国国八八 国国 联联 军军中国中国20CrMnTi?三三 代代心部高强度心部高强度-高承载高承载 先进齿轮钢高纯净度发展先进齿轮钢高纯净度发展超纯净超纯净 超可硬性超可硬性 高纯熔炼高纯熔炼超纯熔炼超纯熔炼普通熔炼普通熔炼超高强度超高强度高韧性高韧性 耐腐蚀耐腐蚀 一代一代AISI 52100二代二代M50NiL三代三代CSS-42LVIM+VARO2%L10寿命寿命10ppm 16ppm 10 夹杂物夹杂物二类二类 铝化物铝化物 Al2O3四类四类 氧化物氧化物 氮化物氮化物 TiN20CrMnTi?鱼眼Al2O3 纯净度与齿轮失效纯净度与齿轮失效 夹 杂 物UktSktBIAOM
9、IANBIAOMIAN 表面起始裂纹表面起始裂纹 亚表面起始裂纹亚表面起始裂纹“鱼鱼 眼眼”疲疲 劳劳 杀杀 手手 两个两个“全过程全过程”研究与齿轮应用研究与齿轮应用应用基础应用基础理论理论应用技术应用技术材料应用研究材料应用研究工程化工程化 生产生产失效反馈失效反馈应用基础应用基础理论理论材料技术材料技术材料研制材料研制工程化工程化 生产生产失效反馈失效反馈齿齿 轮轮 钢钢芯芯部部硬化层硬化层齿齿轮轮赋予材料先天性能赋予材料先天性能赋予材料后天性能赋予材料后天性能 齿轮钢体系齿轮钢体系牌牌 号号 体体 系系 钢号组合钢号组合支撑技术体系支撑技术体系 材料研制体系材料研制体系 应用研究体系应
10、用研究体系 生产技术体系生产技术体系 失效反馈技术体系失效反馈技术体系 检测技术体系检测技术体系 评价技术体系评价技术体系 标准技术体系标准技术体系牌牌号号支撑体系支撑体系中中 国国八八 国国 联联 军军?三、创新抗疲劳制造,发展长寿命齿轮三、创新抗疲劳制造,发展长寿命齿轮1 1 抗疲劳制造是新一代先进技术抗疲劳制造是新一代先进技术 抗疲劳制造抗疲劳制造 是控制表面完整性,以疲是控制表面完整性,以疲 劳性能为主要判据和提高劳性能为主要判据和提高 疲劳强度的制造技术疲劳强度的制造技术 表面完整性表面完整性 是控制加工工艺形成的无是控制加工工艺形成的无 损伤或强化的表面状态损伤或强化的表面状态 A
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