考虑齿面温升的渐开线直齿轮粘着磨损计算方法

发布时间：2020-06-27 08:44

【摘要】：渐开线齿轮是应用最为广泛的传动方式,齿面磨损则是其主要的失效形式。特别润滑不良时,齿面摩擦引起的局部高温极易导致胶合即剧烈粘着磨损而导致传动失效。本文以标准渐开线直齿圆柱齿轮为对象,研究考虑齿面闪温的粘着磨损数值计算方法。主要研究内容为:(1)齿面闪温模型的建立与分析。在分析热变形计算方法与材料热膨胀系数的基础上,推导渐开线齿面热变形计算方程。基于Blok闪温理论建立齿面闪温模型,研究闪温引起啮合刚度的变化规律,分析齿形参数和工作参数对齿面闪温的影响。(2)考虑齿面闪温效应的齿轮动力学建模。分析齿轮动力学的建模方法与激励类型,基于集中质量法建立含齿侧间隙、误差激励、时变啮合刚度的直齿传动系统动力学模型。在此基础上推导出考虑齿面闪温的齿轮系统动力学模型,并对其进行无量纲化处理。(3)考虑齿面闪温的齿轮动力学方程耦合求解。在分析齿轮动力学方程常用求解方法的基础上,针对上述齿轮系统动力学模型的非线性、强耦合特性,采用4～5阶自适应变步长的Runge-Kutta法进行求解。考虑到齿面闪温计算模型与齿轮动力学模型的周期不一致,同时考虑到齿面闪温模型与齿轮动力学模型之间采用的周期不一致,指出在求解齿轮系统时需要特别注意,求解得到动态啮合力。(4)考虑齿面闪温的渐开线齿轮粘着磨损数值计算方法。基于Hertz接触理论计算齿面平均接触应力,采用单点观测法计算接触点对间的相对滑移距离。根据Archard磨损模型,计算准静态载荷下不考虑闪温的齿面磨损量和动态载荷下考虑闪温的齿面磨损量。分析齿形参数和工作参数对齿面磨损量的影响,结果表明,增大模数、压力角、传动比、齿宽或者减小输入扭矩均可使得齿面磨损量减小。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41
【图文】：

啮合点,齿面接触,相对滑动速度,切向速度

式（２．１８）中，ｆｅ［０，Ｔ］，Ｔ为单个轮齿啮合时间，即单个轮齿从进入啮合到脱开逡逑啮合所经历的时间，由定义可知，从啮入点负到啮出点负的时间即为单个轮齿逡逑啮合时间。要求Ｔ，需先对啮合点Ｃ进行速度分析，如图２．４所示，对点Ｃ进行逡逑速度分解得到沿啮合线方向的齿面法向速度和垂直啮合线方向的切线滑移速逡逑度ｖｅｉａ（ｖｃｉａ＝ｖｉ0）），其中ｖｃｉｆｌ可通过式（２．１９）求得：逡逑ｙ逡逑ｖｃｉａ邋＝邋＾ｃｉ邋ｓ＾Ｃ３１＂０００８邋￣）逦（２．１９）逡逑则齿面法向速度Ｖｃｌｚ为逡逑ｎ，逡逑ｖｃｉ／邋＝邋°＼ｒ0ｘ邋■逦＝邋°＼ｒｃｘ邋？—邋＝邋Ｗｕ逦（２．２０）逡逑此推导表明，Ｃ点速度沿啮合线方向分量为常量，即为匀速运动，且速逡逑度大小为Ｇ）ｉｍ，则可通过此速度来计算单个轮齿啮合时间Ｔ，如式（２．２１）逡逑（２．２１）逡逑ｍｉ逡逑由于渐开线齿廓上每个点所对应的压力角均不同，则啮合点ｃ所对应的主从逡逑动齿廓压力角为：逡逑／邋＼逡逑ｏｒａ（0邋＝邋ａｒｃｃｏｓ邋—逦（２．２２）逡逑ＵＪ逡逑主从动齿轮在Ｃ点处的切线滑移速度ｖ办）为：逡逑＇邋0）＝吼■⑴邋ｓｉｎ0ｒｉ邋⑴）逦（２．２３）逡逑由渐开线的性质，其啮合点Ｃ处主从动齿轮的齿廓曲率半径可表示为：逡逑ＰａｉＯ邋＝邋＾（0ｓｉｎ（ａＣＩ．（０）逦（２．２４）逡逑由式（２．２３）可推导出在任意啮合位置主、从动齿轮的绝对速度及两者的相对逡逑滑动速度，如图２．５所示。从图中可以看到，当轮齿处于啮入或啮出位置时，相逡逑对滑动速度较大；当啮合点与节点重合时

闪温,齿面闪温

逡逑如图２．９所示，主动齿轮在啮入和啮出位置，齿面闪温值较高，当啮合点从逡逑啮入位置（即主动齿轮齿根处）移动到节点周围时，齿面闪温持续降低，而在节逡逑点附近的闪温达到极小值，当啮合点从节点周围移动到啮出位置时，闪温值逐渐逡逑增大，在啮出位置（即主动齿轮齿顶处）时，闪温值达到峰值。逡逑结合图２．６可以推断，齿面闪温与齿轮啮合过程中两齿面间的摩擦大小正相逡逑关：摩擦越大，齿面闪温越高；摩擦越小，齿面闪温越小。由于在啮合时，齿顶逡逑和齿根处两齿面间的相对滑动率最大，摩擦也最大，导致齿面闪温增大；而在节逡逑点处两齿面间的滑动率为零，则摩擦也最小，其齿面闪温也为零。这一结果与齿逡逑轮啮合中滑动率的变化规律一致。在齿轮系统中

【参考文献】