一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法技术

本发明专利技术提供了一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，包括以下步骤：步骤一，根据摩擦副零件的接触应力特征，确定支重轮轮体与链轨节的硬度比范围；步骤二，根据支重轮轮体的结构尺寸、材料特性以及磨损极限后支重轮轮体的轮缘部分的弯曲强度要求，运用有限元软件进行弯曲强度分析，确定磨损极限和硬化层深度；步骤三，根据支重轮轮体的材料的端淬曲线确定表面硬度；步骤四，根据支重轮轮体在工况环境下的耐磨性要求、抗疲劳性要求和抗冲击性要求以及支重轮轮体的材料特性和热处理工艺，确定芯部硬度；步骤五，根据支重轮轮的轴径部分和支重轮轮体的轮缘部分的硬化层深度的分布要求以及支重轮轮的材料的端淬特性，确定硬度梯度分布。

A design method of hardness field for supporting wheel of engineering machinery

The invention provides a design method for the hardness field of the wheel wheel body of the engineering machinery, including the following steps: Step 1, according to the contact stress characteristics of the friction pair parts, determine the hardness ratio range of the wheel wheel body and the chain rail joint; step two, according to the structure of the wheel body, material characteristics and the wear limit rear support. The bending strength of the rim part of the wheel body is required. The finite element software is used to analyze the bending strength and determine the wear limit and the depth of the hardened layer. Step three, the surface hardness of the material is determined according to the end quenching curve of the material of the wheel body. Step four, according to the wear resistance requirements and fatigue resistance of the wheel body under the working condition. The material characteristics and heat treatment processes of the support wheel wheel body and the heat treatment process are used to determine the hardness of the core. Step five, the distribution of the hardness gradient is determined according to the distribution requirements of the depth of the hardened layer of the support wheel wheel and the flange part of the support wheel and the end quenching characteristics of the material of the support wheel wheel.

【技术实现步骤摘要】
一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法
本专利技术涉及机械设计领域，具体涉及一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法。
技术介绍
工程机械支重轮是底盘重要承载零件，一般工程机械支重轮包括轮体、端盖、主轴、密封、滑动轴承等零件。履带底盘工作过程中，支重轮轮体和链轨节踏面发生微动、滚动和滑动摩擦。支重轮轮体的磨损失效是其主要的失效形式之一。支重轮的轮体磨损主要取决于工作现场的磨料种类及轮体工作面的硬度和硬化层深度。支重轮轮体承受的冲击载荷可以通过支重轮轮体的芯部韧性来抵抗，支重轮轮体的轮缘磨损后，轮缘的弯曲强度下降。支重轮轮体的硬度是通过材料的热处理来满足耐磨性和强度要求，轮体整体调质确保芯部的硬度和强度要求以抵抗使用过程中的冲击，表面淬火等热处理提高表面和次表面硬度确保轮体的耐磨性能。为了满足支重轮轮体的强度和耐磨性能，除合理选用材料和各种制造工艺，轮体材料的热处理特性和轮体的热处理强化工艺至关重要。现有技术中支重轮轮体硬度设计是通过材料的热处理特性定性确定轮体表面硬度、硬化层深度和芯部硬度。支重轮体热处理工艺方法过多的注重金属材料的性能与其成分、内部组织结构之间的关系和变化规律，在支重轮轮体热处理工艺要求制定过程中，主要通过同类产品进行类比确定，没有把支重轮轮体磨损、磨损轮体的耐磨性以及磨损后强度要求有机的耦合起来。这样的设计是基于材料热处理特性的被动设计，而不是基于支重轮轮体使用要求的主动设计，无法实现硬度梯度要求。因此，现有的支重轮轮体硬度设计方法无法根据使用要求定量地实现支重轮轮体的热处理设计要求。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种支重轮轮体的硬度场(包括任意点和任意截面的硬度)的设计方法。本专利技术提供了一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，支重轮轮体具有作为承载部分的轴径部分和作为接触摩擦部分的轮缘部分，支重轮轮体与链轨节相互接触部分(包括踏面部分和侧面部分)形成摩擦副，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，根据摩擦副零件的接触应力特征，确定支重轮轮体与链轨节的硬度比范围；步骤二，根据支重轮轮体的结构尺寸、材料特性以及磨损极限后支重轮轮体的轮缘部分的弯曲强度要求，运用有限元软件进行弯曲强度分析，确定支重轮轮体的磨损极限和硬化层深度；步骤三，根据支重轮轮体的材料的端淬曲线确定支重轮轮体的表面硬度；步骤四，根据支重轮轮体在工况环境下的耐磨性要求、抗疲劳性要求和抗冲击性要求以及支重轮轮体的材料特性和材料的热处理工艺，确定支重轮轮体的芯部硬度；步骤五，根据支重轮轮体的轴径部分和支重轮轮体的轮缘部分的硬化层深度的分布要求以及支重轮轮体的材料的端淬特性，确定支重轮轮体的硬度梯度分布。在本专利技术提供的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤一中，支重轮轮体与链轨节的硬度比在1.0-1.1之间。在本专利技术提供的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤二中，支重轮轮体的轴径部分的磨损极限不超过8mm，支重轮轮体的轮缘部分的磨损极限不超过5mm，支重轮轮体的硬化层深度不超过15mm。在本专利技术提供的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤三中，支重轮轮体的表面硬度为52-58HRC。在本专利技术提供的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤四中，支重轮轮体的芯部硬度为25～36HRC。在本专利技术提供的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法中，还可以具有这样的特征：其中，在步骤五中，支重轮轮体的轴径部分深度为8mm处的硬度在45HRC以上、15mm处的硬度在40HRC以上、20mm处的的硬度在30HRC以上；支重轮轮体的轮缘部分深度为5mm处的硬度在45HRC以上、15mm处的硬度在40HRC以上、20mm处的的硬度在30HRC以上。专利技术的作用与效果本专利技术提出的一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，它是基于支重轮轮体使用要求和材料热处理特性的正向主动设计过程，即通过支重轮轮体的结构特性和磨损特性确定支重轮轮体的硬度匹配、表面硬度、硬化层深度和硬度梯度，通过支重轮轮体的轮缘的弯曲强度确定磨损极限。本专利技术提出支重轮轮体的硬度场可以是确定任意一点和任意截面硬度，主要包括表面硬度、硬化层深度、芯部硬度、硬度梯度等，本专利技术提出的硬度场的设计是支重轮轮体热处理工艺设计的理论依据。本专利技术的方法适用于低速工程机械履带底盘和高速其它履带底盘支重轮轮体的热处理硬度和硬度场要求的制定。附图说明图1是本专利技术的实施例中支重轮轮体结构示意图；图2是本专利技术的实施例中支重轮轮体的轴径部分和轮缘部分的硬化要求示意图；以及图3是本专利技术的实施例中支重轮轮体的硬度场的硬度分布示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法作具体阐述。图1是本专利技术的实施例中支重轮轮体结构示意图。在本实施例中以某工程机械支重轮轮体为例，其材料为40Mn2，支重轮轮体结构和尺寸如图1所示，支重轮轮体具有轴径部分1和轮缘部分2。支重轮轮体与链轨节踏面相互接触形成摩擦副。本实施例中工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法包括以下步骤：步骤一，根据摩擦副零件的接触应力特征，确定支重轮轮体与链轨节踏面的硬度比范围。由前人大量实验经验表明支重轮轮体和链轨节踏面硬度比控制在0.9～1.1之间时，摩擦副总磨损失量最小。根据摩擦副零件的接触应力特征进行摩擦副零件的硬度匹配，为了保证摩擦副零件的总磨损失量达到最小值，接触应力高的零件硬度稍大于接触应力低的零件硬度，硬度高的零件和硬度低的零件的硬度比控制在1.0-1.1之间。由于支重轮和链轨节的接触曲率不同，支重轮轮体接触部分的接触应力大于链轨节接触部分的接触应力；支重轮轮体和链轨节之间的接触摩擦副要确保支重轮轮体的硬度稍高于链轨节的硬度；支重轮轮体的耐磨性能稍高于链轨节的耐磨性能。在本实施例中，支重轮轮体的硬度高于链轨节踏面的硬度，所以应将支重轮轮体与链轨节踏面的硬度比控制在1～1.1的范围内。支重轮轮体与链轨节踏面硬度比可通过控制支重轮轮体和链轨节材料匹配和热处理来实现。步骤二，根据支重轮轮体的结构尺寸、材料特性以及磨损极限后支重轮轮体的轮缘部分的弯曲强度要求，运用有限元软件进行弯曲强度分析，确定支重轮轮体的磨损极限和硬化层深度。为了保证支重轮轮体的耐磨性，允许支重轮轮体磨损量在一定的范围内仍然能够继续工作，支重轮轮体的硬化层深度需要保证轮体在磨损极限范围内具有良好的磨损特性，硬度不低于45HRC；磨损极限通过支重轮轮体的轮缘部分的最低弯曲强度求得，确保磨损极限后轮缘不发生弯曲失效。图2是本专利技术的实施例中支重轮轮体的轴径部分和轮缘部分(图1中圈出的部分)的硬化要求示意图。如图2所示，在本实施例中，由于支重轮体的轴径部分1主要承受径向载荷；轮缘部分2承受轴向载荷。随着支重轮轮体的磨损，轮缘部分2的尺寸不断减小，支重轮轮体的轴向承受载荷的能力相应也不断减小，即轮缘部分2的弯曲强度下降，支重轮轮体承载能力降低。本例支重轮轮体的磨损极限为轴径部分1不能超过8mm、轮缘部分2不能超过5mm。支重轮轮体的硬化层是保证本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，所述支重轮轮体具有轴径部分和轮缘部分，所述支重轮轮体轴径部分与链轨节踏面相互接触以及所述支重轮轮体的轮缘部分与链轨节的侧面互接触形成两对摩擦副，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据摩擦副零件的接触应力特征，确定所述支重轮轮体与所述链轨节的硬度比范围；步骤二，根据所述支重轮轮体的结构尺寸、材料特性以及磨损极限后所述支重轮轮体的轮缘部分的弯曲强度要求，运用有限元软件进行弯曲强度分析，确定所述支重轮轮体的磨损极限和硬化层深度；步骤三，根据所述支重轮轮体的材料的端淬曲线确定所述支重轮轮体的表面硬度；步骤四，根据所述支重轮轮体在工况环境下的耐磨性要求、抗疲劳性要求和抗冲击性要求以及所述支重轮轮体的材料特性和材料的热处理工艺，确定所述支重轮轮体的芯部硬度；步骤五，根据所述支重轮轮的轴径部分和所述支重轮轮体的轮缘部分的硬化层深度的分布要求以及所述支重轮轮的材料的端淬特性，确定所述支重轮轮体的硬度梯度分布。

【技术特征摘要】
1.一种工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，所述支重轮轮体具有轴径部分和轮缘部分，所述支重轮轮体轴径部分与链轨节踏面相互接触以及所述支重轮轮体的轮缘部分与链轨节的侧面互接触形成两对摩擦副，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，根据摩擦副零件的接触应力特征，确定所述支重轮轮体与所述链轨节的硬度比范围；步骤二，根据所述支重轮轮体的结构尺寸、材料特性以及磨损极限后所述支重轮轮体的轮缘部分的弯曲强度要求，运用有限元软件进行弯曲强度分析，确定所述支重轮轮体的磨损极限和硬化层深度；步骤三，根据所述支重轮轮体的材料的端淬曲线确定所述支重轮轮体的表面硬度；步骤四，根据所述支重轮轮体在工况环境下的耐磨性要求、抗疲劳性要求和抗冲击性要求以及所述支重轮轮体的材料特性和材料的热处理工艺，确定所述支重轮轮体的芯部硬度；步骤五，根据所述支重轮轮的轴径部分和所述支重轮轮体的轮缘部分的硬化层深度的分布要求以及所述支重轮轮的材料的端淬特性，确定所述支重轮轮体的硬度梯度分布。2.根据权利要求1所述的工程机械支重轮轮体的硬度场设计方法，其特征在于：其...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢曦，刘汉光，田磊，张红，刘晓辉，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海,31