重庆大学刘怀举教授团队：为高性能齿轮抗疲劳设计制造及安全可靠服役提供支撑

齿轮是重要的工业基础件，其服役性能直接决定装备的可靠性。长期以来，我国重主机、轻部件，在齿轮的高可靠、长寿命、轻量化方面，与国外先进水平存在显著差距。高表面完整性是决定齿轮服役性能的重要保障。

▲ 高性能齿轮的表面完整性

喷丸强化技术是一种机械冷加工方法，借助高速运动的弹丸流持续冲击材料表面，使材料表面发生塑性变形，材料表面组织得到细化，硬度和耐磨性显著提升。与此同时，喷丸还能在表面形成残余压应力层，提高齿轮抗疲劳性能和抗胶合性能。然而，由于对齿轮喷丸强化机理认识不明确，喷丸工艺参数与表面粗糙度、残余应力分布、材料微观组织等表面完整性参数的关联规律不明确，工艺参数选取严重依赖经验，喷丸强化工艺效果不佳，制约了喷丸在提高齿轮接触疲劳强度、弯曲疲劳强度、胶合承载能力等方面的推广。

▲ 喷丸强化对齿轮表面完整性的影响

2025年1月，由重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室研究人员撰写的专著《齿轮喷丸强化机理与应用》，围绕航空发动机、重型直升机、风电齿轮箱、新能源汽车等高端装备齿轮喷丸强化机理及应用等问题，梳理了喷丸强化工艺与加工设备，创新提出DCT-SPH-FEM耦合的喷丸仿真方法，探究了喷丸强度、覆盖率、喷丸道次等工艺参数对齿轮表面完整性的影响规律，验证了不同喷丸工艺对齿轮接触疲劳、弯曲疲劳、胶合承载能力的强化效果，开发了齿轮喷丸性能预测与优化软件，形成了齿轮喷丸强化表面完整性及服役性能基础数据库，为高性能齿轮抗疲劳设计制造及安全可靠服役提供了支撑。

齿轮喷丸强化机理与应用

刘怀举等著

北京：科学出版社，2025.01

责任编辑：华宗琪 郝 聪

《齿轮喷丸强化机理与应用》主要围绕齿轮喷丸强化机理不明、应用效果不明显等问题，对齿轮喷丸强化机理、新型喷丸强化工艺、喷丸强化设备及检测设备、喷丸工艺对表面完整性的影响、喷丸强化对齿轮服役性能的影响、喷丸强化仿真方法、喷丸强化数据库等展开全面而详细的论述。全书共7章，主要内容包括喷丸强化原理及现状、喷丸强化工艺设备与表面完整性表征、喷丸工艺参数对齿轮表面完整性的影响、喷丸强化对齿轮服役性能的影响、喷丸强化仿真分析方法、齿轮喷丸工艺数据库与软件开发、其他零件的喷丸强化等。全书将齿轮喷丸强化机理、试验与相关分析实例相结合，旨在为工程实际中高性能齿轮设计制造及安全可靠服役提供一定参考。

作者简介

刘怀举，重庆大学教授，英国华威大学博士，国家优秀青年科学基金获得者。兼任《工业润滑与摩擦英文期刊》、《机械传动》编委、《中国机械工程》、《摩擦学学报》、《重庆大学学报》青年编委、中国航空齿轮制造技术创新中心委员、ISO TC60/SC1/WG4齿轮国际标准工作组注册专家。长期从事齿轮传动创新设计研究，齿轮抗疲劳和高功率密度设计方面的创新成果在中国航发、中航工业、中国兵装、中船重工、Flender等国内外头部企业应用，第一完成人获重庆市科技进步一等奖和教育部科技进步二等奖各1项，主持国家自然科学基金、国家重点研发计划课题、国家高端外专项目、基础加强项目课题、装备预研等项目，参与国家十四五高性能制造技术与重大装备专项规划、中长期科技发展规划先进制造领域战略研究，发表论文120篇，被引3700余次，参编齿轮领域国际、国家标准9项，第一作者出版科学出版社专著2部，授权发明专利及软件著作权30项。

吴吉展，高端装备机械传动全国重点实验室助理研究员(博士后)，重庆大学机械工程博士。在齿轮抗疲劳设计制造方面取得原创性成果，提出了考虑表面完整性重构的高性能渗碳齿轮强化工艺数值分析模型，开展了18CrX、9310、16CrX等高性能齿轮承载能力试验，形成了基于数据驱动的高性能齿轮疲劳性能预测分析方法，开发了GA-BP遗传算法的高性能齿轮喷丸强化工艺参数优化软件。参与制/修订齿轮国家/企业标准3项，以第一作者在Int J Mech Sci、Surf Coat Tech、Wear、机械工程学报等国内外行业权威期刊发表论文11篇，授权发明专利及软件著作权3项，受邀在第三届西部青年摩擦学大会、齿轮传动理论与技术前沿论坛等学术会议作大会特邀报告4次。

卢泽华，高端装备机械传动全国重点实验室助理研究员（博士后）。在齿轮传动轻量化方面取得原创性成果，开发了考虑热力耦合效应的齿轮服役性能分析方法，参与创建了“试验方法－标准规范－数据建设”齿轮疲劳试验技术体系，提出了基于“以塑代钢”和“以滑代滚”的齿轮传动系统百参协同高功率密度设计方法，研制了小型涡扇发动机极致轻量化齿轮传动原理样机，应用于中国航发624所、300厂、中航工业625所、中国航天501所、中国兵器617厂、中国兵装497厂、远景、明阳、法士特、德国弗兰德、英国威格斯等头部企业装备研发，主持航空科学基金、中国航发开放基金2项，出版《齿轮接触疲劳理论与实践》专著，参与制/修订齿轮国家标准2项，在Int J Fatigue、Mater Design、J Comput Des Eng等发表论文十余篇，授权发明专利及软件著作权3项，在国内外齿轮学术会议作大会特邀报告。

张博宇，博士，清华大学高端装备界面科学与技术全国重点实验室助理研究员，国家资助博士后研究人员。提出了考虑跨尺度表面完整性齿轮接触疲劳性能分析方法，形成了“工艺参数—表面完整性—接触疲劳”的齿轮抗疲劳强化体系。主持国家自然科学基金青年科学基金项目，参与国家重点研发计划、KJW重大基础研究项目、装备预研共用技术项目等项目。担任《机械传动》审稿专家，在Friction、Wear、Surface & Coatings Technology、机械工程学报等国际/国内知名SCI一、二区期刊发表论文12篇，授权/公开专利3项。

张秀华，重庆大学高速重载传动与智能装备研究团队成员，从事齿轮抗疲劳与传动系统设计研究，参与国家重点研发计划子课题、两机专项子课题、国家自然科学基金等项目。针对现有高端装备传动系统服役寿命短、可靠性低、功率密度不足等问题，系统开展了齿轮疲劳理论与试验研究，厘清了材料、工艺、表面完整性等参数与齿轮疲劳性能的关联规律，形成了高性能机电传动系统设计优化方法，为高端装备传动系统高功率密度设计提供了支撑。在International Journal of Fatigue、Expert Systems With Applications、宇航学报等期刊发表论文12篇，申请发明专利5项（授权1项），获评中国机械工程学会2023年优秀科技论文。

本书由重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室刘怀举、吴吉展、卢泽华、张博宇、张秀华博士 共同撰写，刘怀举教授撰写了第1章喷丸强化原理及现状、第4章喷丸强化对齿轮服役性能的影响，吴吉展撰写了第2章喷丸强化工艺设备与表面完整性表征，张博宇撰写了第3章喷丸工艺参数对齿轮表面完整性的影响，张秀华撰写了第5章喷丸强化仿真分析方法，卢泽华撰写了第6章喷丸工艺数据库与软件开发、第7章其他零件的喷丸强化。 重庆大学魏沛堂教授、林勤杰、陈地发、陈泰民、贾晨帆、李嘉玮等参与了本书撰写过程中相关资料文献整理、案例分析、文字编辑等工作。

本书可作为航空、航天、风电、舰船、高铁等领域从事齿轮抗疲劳设计制造与机械传动装备开发等相关研究方向的工作者(高等院校教师、科研人员、企业研发设计人员)的参考书。

（本文编辑：刘四旦）

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