齒輪是重要的工業(yè)基礎(chǔ)件，其服役性能直接決定裝備的可靠性。長期以來，我國重主機(jī)、輕部件，在齒輪的高可靠、長壽命、輕量化方面，與國外先進(jìn)水平存在顯著差距。高表面完整性是決定齒輪服役性能的重要保障。
▲ 高性能齒輪的表面完整性
噴丸強(qiáng)化技術(shù)是一種機(jī)械冷加工方法，借助高速運(yùn)動(dòng)的彈丸流持續(xù)沖擊材料表面，使材料表面發(fā)生塑性變形，材料表面組織得到細(xì)化，硬度和耐磨性顯著提升。與此同時(shí)，噴丸還能在表面形成殘余壓應(yīng)力層，提高齒輪抗疲勞性能和抗膠合性能。然而，由于對(duì)齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理認(rèn)識(shí)不明確，噴丸工藝參數(shù)與表面粗糙度、殘余應(yīng)力分布、材料微觀組織等表面完整性參數(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)律不明確，工藝參數(shù)選取嚴(yán)重依賴經(jīng)驗(yàn)，噴丸強(qiáng)化工藝效果不佳，制約了噴丸在提高齒輪接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度、膠合承載能力等方面的推廣。
▲ 噴丸強(qiáng)化對(duì)齒輪表面完整性的影響
2025年1月，由重慶大學(xué)高端裝備機(jī)械傳動(dòng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究人員撰寫的專著《齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理與應(yīng)用》，圍繞航空發(fā)動(dòng)機(jī)、重型直升機(jī)、風(fēng)電齒輪箱、新能源汽車等高端裝備齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理及應(yīng)用等問題，梳理了噴丸強(qiáng)化工藝與加工設(shè)備，創(chuàng)新提出DCT-SPH-FEM耦合的噴丸仿真方法，探究了噴丸強(qiáng)度、覆蓋率、噴丸道次等工藝參數(shù)對(duì)齒輪表面完整性的影響規(guī)律，驗(yàn)證了不同噴丸工藝對(duì)齒輪接觸疲勞、彎曲疲勞、膠合承載能力的強(qiáng)化效果，開發(fā)了齒輪噴丸性能預(yù)測與優(yōu)化軟件，形成了齒輪噴丸強(qiáng)化表面完整性及服役性能基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，為高性能齒輪抗疲勞設(shè)計(jì)制造及安全可靠服役提供了支撐。
齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理與應(yīng)用
劉懷舉等著
北京：科學(xué)出版社，2025.01
責(zé)任編輯：華宗琪 郝 聰
《齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理與應(yīng)用》主要圍繞齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理不明、應(yīng)用效果不明顯等問題，對(duì)齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理、新型噴丸強(qiáng)化工藝、噴丸強(qiáng)化設(shè)備及檢測設(shè)備、噴丸工藝對(duì)表面完整性的影響、噴丸強(qiáng)化對(duì)齒輪服役性能的影響、噴丸強(qiáng)化仿真方法、噴丸強(qiáng)化數(shù)據(jù)庫等展開全面而詳細(xì)的論述。全書共7章，主要內(nèi)容包括噴丸強(qiáng)化原理及現(xiàn)狀、噴丸強(qiáng)化工藝設(shè)備與表面完整性表征、噴丸工藝參數(shù)對(duì)齒輪表面完整性的影響、噴丸強(qiáng)化對(duì)齒輪服役性能的影響、噴丸強(qiáng)化仿真分析方法、齒輪噴丸工藝數(shù)據(jù)庫與軟件開發(fā)、其他零件的噴丸強(qiáng)化等。全書將齒輪噴丸強(qiáng)化機(jī)理、試驗(yàn)與相關(guān)分析實(shí)例相結(jié)合，旨在為工程實(shí)際中高性能齒輪設(shè)計(jì)制造及安全可靠服役提供一定參考。
作者簡介
劉懷舉，重慶大學(xué)教授，英國華威大學(xué)博士，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。兼任《工業(yè)潤滑與摩擦英文期刊》、《機(jī)械傳動(dòng)》編委、《中國機(jī)械工程》、《摩擦學(xué)學(xué)報(bào)》、《重慶大學(xué)學(xué)報(bào)》青年編委、中國航空齒輪制造技術(shù)創(chuàng)新中心委員、ISO TC60/SC1/WG4齒輪國際標(biāo)準(zhǔn)工作組注冊專家。長期從事齒輪傳動(dòng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究，齒輪抗疲勞和高功率密度設(shè)計(jì)方面的創(chuàng)新成果在中國航發(fā)、中航工業(yè)、中國兵裝、中船重工、Flender等國內(nèi)外頭部企業(yè)應(yīng)用，第一完成人獲重慶市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，主持國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國家高端外專項(xiàng)目、基礎(chǔ)加強(qiáng)項(xiàng)目課題、裝備預(yù)研等項(xiàng)目，參與國家十四五高性能制造技術(shù)與重大裝備專項(xiàng)規(guī)劃、中長期科技發(fā)展規(guī)劃先進(jìn)制造領(lǐng)域戰(zhàn)略研究，發(fā)表論文120篇，被引3700余次，參編齒輪領(lǐng)域國際、國家標(biāo)準(zhǔn)9項(xiàng)，第一作者出版科學(xué)出版社專著2部，授權(quán)發(fā)明專利及軟件著作權(quán)30項(xiàng)。
吳吉展，高端裝備機(jī)械傳動(dòng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員(博士后)，重慶大學(xué)機(jī)械工程博士。在齒輪抗疲勞設(shè)計(jì)制造方面取得原創(chuàng)性成果，提出了考慮表面完整性重構(gòu)的高性能滲碳齒輪強(qiáng)化工藝數(shù)值分析模型，開展了18CrX、9310、16CrX等高性能齒輪承載能力試驗(yàn)，形成了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的高性能齒輪疲勞性能預(yù)測分析方法，開發(fā)了GA-BP遺傳算法的高性能齒輪噴丸強(qiáng)化工藝參數(shù)優(yōu)化軟件。參與制/修訂齒輪國家/企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)3項(xiàng)，以第一作者在Int J Mech Sci、Surf Coat Tech、Wear、機(jī)械工程學(xué)報(bào)等國內(nèi)外行業(yè)權(quán)威期刊發(fā)表論文11篇，授權(quán)發(fā)明專利及軟件著作權(quán)3項(xiàng)，受邀在第三屆西部青年摩擦學(xué)大會(huì)、齒輪傳動(dòng)理論與技術(shù)前沿論壇等學(xué)術(shù)會(huì)議作大會(huì)特邀報(bào)告4次。
盧澤華，高端裝備機(jī)械傳動(dòng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員（博士后）。在齒輪傳動(dòng)輕量化方面取得原創(chuàng)性成果，開發(fā)了考慮熱力耦合效應(yīng)的齒輪服役性能分析方法，參與創(chuàng)建了“試驗(yàn)方法－標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范－數(shù)據(jù)建設(shè)”齒輪疲勞試驗(yàn)技術(shù)體系，提出了基于“以塑代鋼”和“以滑代滾”的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)百參協(xié)同高功率密度設(shè)計(jì)方法，研制了小型渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)極致輕量化齒輪傳動(dòng)原理樣機(jī)，應(yīng)用于中國航發(fā)624所、300廠、中航工業(yè)625所、中國航天501所、中國兵器617廠、中國兵裝497廠、遠(yuǎn)景、明陽、法士特、德國弗蘭德、英國威格斯等頭部企業(yè)裝備研發(fā)，主持航空科學(xué)基金、中國航發(fā)開放基金2項(xiàng)，出版《齒輪接觸疲勞理論與實(shí)踐》專著，參與制/修訂齒輪國家標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，在Int J Fatigue、Mater Design、J Comput Des Eng等發(fā)表論文十余篇，授權(quán)發(fā)明專利及軟件著作權(quán)3項(xiàng)，在國內(nèi)外齒輪學(xué)術(shù)會(huì)議作大會(huì)特邀報(bào)告。
張博宇，博士，清華大學(xué)高端裝備界面科學(xué)與技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室助理研究員，國家資助博士后研究人員。提出了考慮跨尺度表面完整性齒輪接觸疲勞性能分析方法，形成了“工藝參數(shù)—表面完整性—接觸疲勞”的齒輪抗疲勞強(qiáng)化體系。主持國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、KJW重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目、裝備預(yù)研共用技術(shù)項(xiàng)目等項(xiàng)目。擔(dān)任《機(jī)械傳動(dòng)》審稿專家，在Friction、Wear、Surface & Coatings Technology、機(jī)械工程學(xué)報(bào)等國際/國內(nèi)知名SCI一、二區(qū)期刊發(fā)表論文12篇，授權(quán)/公開專利3項(xiàng)。
張秀華，重慶大學(xué)高速重載傳動(dòng)與智能裝備研究團(tuán)隊(duì)成員，從事齒輪抗疲勞與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究，參與國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題、兩機(jī)專項(xiàng)子課題、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目。針對(duì)現(xiàn)有高端裝備傳動(dòng)系統(tǒng)服役壽命短、可靠性低、功率密度不足等問題，系統(tǒng)開展了齒輪疲勞理論與試驗(yàn)研究，厘清了材料、工藝、表面完整性等參數(shù)與齒輪疲勞性能的關(guān)聯(lián)規(guī)律，形成了高性能機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，為高端裝備傳動(dòng)系統(tǒng)高功率密度設(shè)計(jì)提供了支撐。在International Journal of Fatigue、Expert Systems With Applications、宇航學(xué)報(bào)等期刊發(fā)表論文12篇，申請發(fā)明專利5項(xiàng)（授權(quán)1項(xiàng)），獲評(píng)中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)2023年優(yōu)秀科技論文。
本書由重慶大學(xué)高端裝備機(jī)械傳動(dòng)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉懷舉、吳吉展、盧澤華、張博宇、張秀華博士 共同撰寫，劉懷舉教授撰寫了第1章噴丸強(qiáng)化原理及現(xiàn)狀、第4章噴丸強(qiáng)化對(duì)齒輪服役性能的影響，吳吉展撰寫了第2章噴丸強(qiáng)化工藝設(shè)備與表面完整性表征，張博宇撰寫了第3章噴丸工藝參數(shù)對(duì)齒輪表面完整性的影響，張秀華撰寫了第5章噴丸強(qiáng)化仿真分析方法，盧澤華撰寫了第6章噴丸工藝數(shù)據(jù)庫與軟件開發(fā)、第7章其他零件的噴丸強(qiáng)化。 重慶大學(xué)魏沛堂教授、林勤杰、陳地發(fā)、陳泰民、賈晨帆、李嘉瑋等參與了本書撰寫過程中相關(guān)資料文獻(xiàn)整理、案例分析、文字編輯等工作。
本書可作為航空、航天、風(fēng)電、艦船、高鐵等領(lǐng)域從事齒輪抗疲勞設(shè)計(jì)制造與機(jī)械傳動(dòng)裝備開發(fā)等相關(guān)研究方向的工作者(高等院校教師、科研人員、企業(yè)研發(fā)設(shè)計(jì)人員)的參考書。
（本文編輯：劉四旦）
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