■一汽轎車發(fā)傳中心 （吉林長春 130013） 孫銀軍

噴丸強(qiáng)化處理是齒輪生產(chǎn)制造過程中重要的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當(dāng)鋼丸重復(fù)沖擊齒面時(shí)，金屬表面會發(fā)生一定程度的塑性變形，從而形成一定的壓應(yīng)力。當(dāng)對磨齒或者珩齒精加工的齒輪進(jìn)行強(qiáng)力噴丸時(shí)，如果鋼丸沖擊引起的表層金屬塑性變形發(fā)生在齒形和齒向的過渡部分，就可能引起齒面局部的凸起，從而可能引起D C T自動(dòng)變速箱N V H問題。我廠部分D C T齒輪沒有齒頂修緣，熱處理后的齒面精加工后，進(jìn)行強(qiáng)力噴丸，要求殘余壓應(yīng)力800～1 200M P a。成品檢測發(fā)現(xiàn)齒頂?shù)估膺吔缣幉牧舷螨X面凸起1～2μm。

本次計(jì)算選用的齒輪材料為20MnCrS5，模數(shù)m＝2.4，齒數(shù)z＝79，齒寬B＝10m m，壓力角α ＝2 0°，齒頂?shù)估釩 ＝0.2m m×45°。鋼丸為鋼絲切制，鋼丸直徑d＝0.6mm。

1. 齒輪強(qiáng)力噴丸時(shí)受力情況

為保證噴丸覆蓋率均勻性，工件沿機(jī)床主軸以速度va公轉(zhuǎn)，同時(shí)沿零件中心以速度vb自轉(zhuǎn)。根據(jù)工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，設(shè)定法向力Fn和徑向力Fr同時(shí)作用在齒面，由于工件是對稱的，計(jì)算選用一個(gè)齒進(jìn)行建模和仿真。在齒頂?shù)估馓?，徑向力Fr隨倒棱角度A分解為法向分量FrsinA和FrcosA。定性仿真齒面受鋼丸沖擊力后齒面各處應(yīng)力分布，設(shè)定齒面各處均勻受力Fn＝100N、Fr＝100N，其受力如圖1所示。

2. 齒面應(yīng)力分析

設(shè)定齒頂圓直徑D1，齒頂?shù)估庵睆紻2，齒頂修緣直徑D3，漸開線起始圓直徑D4，齒根圓弧起始圓直徑D5，齒頂?shù)估釩＝0.2mm×45°。帶齒頂修緣單齒的三維模型和應(yīng)力云圖如圖2所示。

在單齒面模型直徑D1、D2、D3、D4和D5處建立傳感器，分別按齒頂?shù)估饨嵌華（30°、45°、60°）和齒頂修緣fko（20μm、0μm）修正模型，加載力Fn和Fr，則各直徑處的各傳感器數(shù)據(jù)匯總?cè)鐖D3所示。

圖1 齒輪受力示意

圖2 帶齒頂修緣單齒模型

圖3 a～c顯示齒頂?shù)估獠糠諨2處的應(yīng)力最高，漸開線起始圓部分D4處的應(yīng)力最低，其余部分D1、D3、D5處應(yīng)力相近居中分布；在倒棱角度為60°時(shí)，齒面各處應(yīng)力分布較均勻，沒有明顯的應(yīng)力集中；圖3d～f顯示隨著倒棱角度的增加，D2處的應(yīng)力減小，當(dāng)?shù)估饨嵌葟?0°增加到60°時(shí)，D2處應(yīng)力平均值減小約40%，D4處應(yīng)力平均值減小約5%，其他各處相對穩(wěn)定，變化不大；當(dāng)?shù)估饨嵌華增加時(shí)，其鋼丸沖擊力的法向分量FsinA增加，切向分量FcosA減小，故而其倒棱邊界應(yīng)力減小。

齒頂修緣量對應(yīng)力的影響如圖4所示，從圖4a～c可看出，齒頂修緣量20μ m和齒頂不修緣相比，其齒頂?shù)估釪2處的應(yīng)力平均值總是偏小5%；圖4d顯示隨著倒棱角度的增加，其倒棱D2處的應(yīng)力總是減小，與齒頂修緣大小無關(guān)。

3. 結(jié)語

分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，整個(gè)齒面曲面過渡的連續(xù)性和倒棱角度大小、齒頂修緣大小等都會影響齒面應(yīng)力分布，總體上齒面各處應(yīng)力分布呈現(xiàn)如下規(guī)律：①齒面曲面過渡突變的齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力較大，漸開線起始D4處應(yīng)力最小。②隨著齒頂?shù)估饨嵌鹊脑黾?，齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力減小，其余各處變化不明顯。③齒頂修緣后，齒頂?shù)估馄鹗糄2處應(yīng)力減小約5%。因此，齒頂?shù)估饨嵌热∩喜?、齒頂修緣量取上差可減小齒頂?shù)估膺吔缣幍膽?yīng)力集中。

圖3 齒面各直徑曲面的應(yīng)力分布

圖4 齒頂修緣量對應(yīng)力的影響