齿轮是机械装备中的基础部件,齿轮传动时的受力情况非常复杂,由此产生的失效形式多种多样,因此需要齿轮具有高强度、高耐磨性以及耐蚀性等特点。随着航天、航空、汽车等领域发展,进一步要求齿轮具有大的传动比、高效率、低噪音、重量轻和尺寸小等特点,提高齿轮的表面性能,延长齿轮的寿命受到人们广泛关注。延长齿轮的寿命除了从传动结构上优化外,根本途径是提高齿轮的制造精度和表面光整度。齿轮主要的失效形式是断齿,断齿是由于齿面的疲劳裂纹,而微裂纹的形成与表面粗糙度有很大关系,如果齿轮表面性能优越,同时芯部具有较高的强度和耐冲击韧性,那么齿轮的寿命将大大延长。近年来,齿轮表面处理技术迅速发展,日益成熟的各种表面强化技术获得了广泛的应用,主要包括渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属、激光表面强化、热喷涂以及复合表面处理等技术。强流脉冲电子束(HCPEB)技术是一种新型高效的表面处理技术,它具有高能量密度、高效率等特点,可以直接、有效地改变或改善材料的表层组织、结构和性能。本课题来源于国家自然科学基金资助项目“齿轮表面非晶化工艺与性能研究”(编号: 50775229)的一部分。利用强流脉冲电子束处理齿轮材料,探索齿轮脉冲电子束加工优化工艺,实现齿轮电子束表面改性,以获得高强度、高韧性、耐磨耐蚀、长寿命的齿轮。主要工作内容包括:(1)脉冲电子束表面改性过程温度场数值模拟分析。利用ANSYS有限元软件,模拟分析表面改性过程,给出电子束作用下表面温度场分布、开始熔化时间、熔化层厚度以及热影响区范围。(2)强流脉冲电子束作用下,齿轮材料表面组织及性能分析。对比分析电子束处理前后材料表面形貌,显微硬度、粗糙度、耐腐蚀等性能,并与模拟结果对比分析,确定最优化齿轮脉冲电子束加工工艺参数。(3)齿轮电子束表面改性处理。设计专用夹具,实现脉冲电子束齿轮表面改性,定性分析处理后齿轮疲劳强度等特性。通过本文研究,提出了一种新型的齿轮表面改性手段,齿轮经过脉冲电子束处理后,表面性能得到优化,为获得高性能齿轮提供了理论依据和实验数据。