【摘 要】
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粉末冶金可以通过致密化和合金化来大批量低成本生产高强度、高精度的齿轮。理想的粉末冶金齿轮应具有高强度和高齿轮精度。粉末冶金齿轮的强度设计一般是参考材料标准的力学性能,预估齿轮材料的许用应力,然后通过强度公式进行校核,其中针对许多粉末冶金齿轮的系数不完整,需要参考钢制齿轮的数据,误差比较大。粉末冶金齿轮齿形精度的设计一般是预估零件的工艺尺寸变化情况,使用齿形设计法确定齿轮模具,对于非标准齿轮会出现齿
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粉末冶金可以通过致密化和合金化来大批量低成本生产高强度、高精度的齿轮。理想的粉末冶金齿轮应具有高强度和高齿轮精度。粉末冶金齿轮的强度设计一般是参考材料标准的力学性能,预估齿轮材料的许用应力,然后通过强度公式进行校核,其中针对许多粉末冶金齿轮的系数不完整,需要参考钢制齿轮的数据,误差比较大。粉末冶金齿轮齿形精度的设计一般是预估零件的工艺尺寸变化情况,使用齿形设计法确定齿轮模具,对于非标准齿轮会出现齿形精度超差,甚至如以前没有验证过的齿轮参数会有时出现需要修改模具的情况。本文以新能源汽车分动器齿轮为研究对象,完成齿形设计法的设计误差评估和计算,确定模具齿形的精确设计法,应用于模具设计,生产的齿轮能符合齿形精度要求;然后建立齿轮强度的实验方法,选用不同的材料生产齿轮,根据实验结果计算强度,确定哪种材料及工艺能够满足齿轮的强度要求,有望建立粉末冶金齿轮材料的强度数据库;最后研究密度对齿轮强度及精度的影响规律,建立材料密度与强度的拟合曲线,便于粉末冶金齿轮的强度设计。全文取得的主要研究成果如下:1.粉末冶金齿轮模具齿形精确设计的研究。通过对渐开线齿形工艺变化规律的分析,建立渐开线曲线端点弧齿厚评估齿形设计法的设计误差,分析变位系数法、变模数法和变压力角的设计误差,提出先进行变位后变模数法设计的理论设计误差可以为0,应用于分动器齿轮的生产使粉末冶金齿轮齿形精度1)1（6）为0.011mm,能达到8级精度。2.常用粉末冶金齿轮材料组织与强度的研究。通过对粉末冶金齿轮强度的分析,提出使用单齿齿抗与扭矩的测量及计算方法。通过不同材料系统的典型材料配方做实验,测试材料的单齿齿抗和扭矩,齿形精度的数据。FX-1005材料制造的齿轮单齿齿抗为2570N,测试扭矩高达98.5 N·m。3.粉末冶金齿轮有效硬化层和心部硬度的研究。通过FD-0205材料测试有效硬化层（0.675mm）和心部硬度（HRC43.2）,发现粉末冶金材料比常规的齿轮钢更深更高。当齿轮密度达到7.257g/cm~3时,碳氮共渗处理后有效硬化层（0.383mm）和心部硬度（HRC39.4）,已接近于致密钢的水平。4.粉末冶金齿轮密度对强度影响的研究。通过提高FD-0205材料的相对密度,发现齿轮弯曲强度更高,齿轮齿抗力测试后断口穿晶断裂分布比例更高。通过拟合曲线计算,当齿轮相对密度超过92.2%后,FD-0205碳氮共渗处理后的齿轮弯曲强度会超过FX-1005材料的齿轮弯曲强度。
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