螺旋伞齿轮是实现两交叉轴动力传递的重要零部件,以噪音小、传动平稳、传递扭矩大等优点,广泛应用于重载车辆的动力传输系统中。螺旋伞齿轮可实现重载车辆所需的承载能力大、耗能小、安全性高以及使用时间长等需求。螺旋伞齿轮的设计与制造复杂,极难控制其加工质量,导致其在使用过程中过早失效,严重影响重载车辆的使用寿命。螺旋伞齿轮广泛使用的生产流程为铣削后热处理最后进行磨削加工。若磨削加工工艺控制得当以获得良好的表面完整性,螺旋伞齿轮的尺寸精度及抗疲劳强度将得以提高,使用寿命随之延长。目前缺乏对螺旋伞齿轮磨削表面完整性方面的研究,导致螺旋伞齿轮生产效率及产品合格率较低。螺旋伞齿轮磨削过程中,砂轮类型、磨粒粒度、磨削工艺参数、冷却方式以及磨削过程所产生的磨削力、磨削热都对磨削表面完整性(显微硬度、金相组织、表面粗糙度、表层残余应力等)产生不同程度的影响。严重时将造成磨削缺陷,产生磨削裂纹及磨削烧伤。因此亟需针对螺旋伞齿轮磨削表面完整性进行研究,提高螺旋伞齿轮的生产率并减少废品率。综合运用金属磨削理论、热传导理论、几何运动学以及应力应变理论等学科知识,通过实验分析、有限元仿真以及数值模拟相结合的方法,对螺旋伞齿轮磨削后表面硬度、金相组织、磨削烧伤、表面形貌、表面粗糙度、残余应力等表面完整性开展系统的研究。主要研究内容如下:(1)针对螺旋伞齿轮材料18Cr2Ni4WA干磨削时极易发生磨削烧伤严重影响产品合格率的问题,开展磨削烧伤实验与仿真研究。通过单因素实验分析磨削烧伤时显微硬度梯度、表面形貌、金相组织的变化情况,揭示了磨削烧伤的产生机理。结合正交实验,探究磨削力随磨削工艺参数的变化规律,并总结出磨削力的预测经验模型。基于所建的磨削力模型采用ANSYS有限元仿真软件对工件表层磨削温度场进行仿真,提出了判断磨削烧伤的预测方法,并结合实验对所提出的预测方法的有效性进行了验证。(2)针对螺旋伞齿轮磨削表面形貌不符合要求使啮合过程中产生噪音影响产品稳定性的问题,开展磨削表面形貌实验与仿真研究。结合单因素实验与正交实验,分析了磨削工艺参数对磨削表面形貌的影响规律,并总结出磨削粗糙度的预测经验模型。采用正态分布建立了砂轮表面磨粒分布模型,并结合螺旋伞齿轮磨削时砂轮磨粒的运动轨迹,实现螺旋伞齿轮磨削表面形貌的仿真预测与分析。(3)针对螺旋伞齿轮磨削后残余压应力不足使其抗疲劳强度、抗腐蚀能力降低影响产品使用寿命的问题,开展磨削表层残余应力实验与仿真研究。结合单因素实验与正交实验,研究不同工艺参数下表层残余应力的分布规律,并总结出磨削表面残余应力的预测经验模型。综合分析磨削前后残余应力的状态,获得实际磨削过程中所产生的残余应力。基于ANSYS有限元仿真软件开展力热耦合有限元分析,实现了磨削表层残余应力的预测与分析。