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摘 要

齿轮作为机械领域不可或缺的核心零件，在工作中起到了传递运动及动力的作用，在一定程度上体现了一个国家的工业能力的强弱。

本文主要着眼于大型齿轮超声滚压强化机构的设计，在大量技术资料的收集与查阅国内外研究状况，依据机构设计原则及要求自主设计两台分别针对大型齿轮和齿面的超声滚压机构，并对关键部位进行力学分析验证。

主要工作如下包括强化结构的设计、超声波发生器的选择、换能器的选择及应用和超声工具头的设计及优化。

拟采用的研究手段包括通过查阅文献了大型齿轮超声滚压机构的研究背景、国内外研究状态和其结构设计；利用三维软件进行建模；利用软件对其进行动静力学分析与进行仿真模拟；经行实验验证设计是否合理。

关键词：超声滚压 大型齿轮 齿面 强化机构

Design of ultrasonic rolling mechanism for large gear

Abstract

Gear, as an indispensable core part in the field of machinery, plays a role in transmitting movement and power in work, which to some extent reflects the strength of a country's industrial capacity.

This paper mainly focuses on the design of ultrasonic rolling mechanism for large gear. After collecting and consulting a large amount of technical data at home and abroad, it independently designs two ultrasonic rolling mechanisms for large gear and tooth surface according to the design principles and requirements of the mechanism, and conducts mechanical analysis and verification on the key parts.

The main work includes the design of strengthened structure, the selection of ultrasonic generator, the selection and application of transducer and the design and optimization of ultrasonic tool head.

The research means to be adopted include the research background, research status and structural design of the ultrasonic rolling mechanism of large gear at home and abroad. Three-dimensional software was used for modeling. The software is used to analyze its dynamic and static mechanics and to simulate it. The design is verified by experiments.

Key Words: ultraso nic rolling large gear tooth surface strengthening mechani

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题目与背景 1

1.2．国内外研究现状 2

1.3．问题 3

第二章 超声滚压加工原理及选型 4

2.1超声滚压原理 4

2.2方案设计 4

2.3超声强化装置 5

2.4超声波发生器 6

2.5换能器 7

2.6超声变幅杆 8

2.7超声工具头 8

2.8静压力弹簧 9

2.9超声滚压强化机构工作原理 9

第三章 关键部位力学分析 11

3.1心轴轴承部位力学校核 11

3.2心轴轴承部位力学校核 11

3.2.1心轴径向受力分析 11

3.2.2心轴轴向受力分析 12

3.3齿轮移动台螺栓校核 13

3.3.1抗拉强度校核 13

3.3.2剪切强度校核 13

第四章 经济性及安全环保性分析 14

第五章 总结 16

第六章 参考文献 17

第七章 致谢 18

第一章 绪论

1.1选题目与背景

齿轮作为机械领域不可或缺的核心零件，在工作中起到了传递运动及动力的作用，在一定程度上体现了一个国家的工业能力的强弱。目前，高速运载、航空航天、新能源等高端装备的高速发展对齿轮，尤其是大型之轮的需求越来越大[1]。大型齿轮,常常作为大型成套设备的关键或重要基础件,主要用于机械、交通、冶金、矿山、建材、国防、宇航等重要部门,如导弹发射架、大型发电机组等,其质量、性能、寿命直接影响整机的技术经济指标[2]。由于大型齿轮在工业生产中长期处于工作状态，且工作环境相对较差，工作条件相对复杂，例如：高温，高压，潮湿和高强度载荷等情况；而且比起普通齿轮，大型齿轮本身就具有其他齿轮所没有的特点：重量大、开式传动、转速低、传动功率大、传动比大及工作寿命长，低精度的大齿轮会造成设备异常振动、噪声及齿面过早磨损,导致齿轮损坏,传动副失效,设备损坏甚至无法运转[1-2]。

因此，我们对齿轮的服役周期使用性能提出了更高更严格的要求，高精度、高速度、低噪声、 长寿命、耐腐蚀、和承受重载荷等高性能要求成为齿轮制造发展的趋势[1][4]。我国虽然是齿轮生产大国，但是加工的齿轮产品仍然处于仅满足基本尺寸形状要求的水平，其使用寿命、承载能力和质量的稳定性无法满足高端产品的要求[1]。因此，制作出能够满足高质量高性能并且能够满足在多种不同工作环境的高精端齿轮才是我们目前的首要挑战。

为了提高轮齿强度 , 国内外的设计者们在齿轮设计、材质选用、变位修形等传统领域方面做出了各种各样的尝试，并取得了较好的成果[5]。 传统的加工技术主要应对磨损，腐蚀和和疲劳等机械零件的主要失效形式，方法通常包括喷丸、轧制、深冲等[6]。 然而随着更高要求的提出，一些传统的手段已经无法实现精度和性能等方面的需求，更多的学者们开始将目光转向更为高端的科学技术。

近年来，一种将超声辅助加工工艺与传统的加工相结合的方法逐渐开始兴起，它就是超声滚压技术。超声波通常是指频率在20khz以上的声波，他有两个特点，一是沿直线传播，二是功率大[7]，而超声滚压技术的原理是在滚压加工技术的基础上再结合超声频率机械振动，并且由于金属在常温状态下的冷作硬化来对金属表面进行加工。与传统的加工方式相比，这种方法的摩擦力和弹性压力小，其次它既能保证高精度的情况下，还能获得较高的表面光洁度[8]。而且由于其较小的静压力，超声波技术可以加工许多薄壁零件，例如：磁盘等 [9-10]；同时，也适用于切割玻璃及工程陶瓷等硬脆工件材料，超声滚压处理也是一种改善金属构件表面综合力学性能的处理工艺, 通过超声技术在金属表面产生一定的塑变层而使金属表面质量发生改变, 形成表面残余压缩应力, 还可以细化材料的显微组织, 甚至达到表面纳米化组织, 进而可以大幅度提高材料耐磨、耐腐蚀、抗疲劳性能[11]。

1.2．国内外研究现状

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