渐开线直齿轮齿面磨损及其对齿面摩擦特性的影响研究

发布时间：2020-07-23 17:47

【摘要】：齿轮传动广泛应用于船舶、航空、汽车等现代机械工程中。在工作过程中,齿面磨损的存在会改变齿廓形状,影响到齿面载荷分布、润滑状况等,从而对齿面摩擦特性产生影响;同时,齿面磨损也受到齿面润滑状态即摩擦特性的影响。此外,齿面摩擦的存在降低了传动效率,加速齿轮磨损,使得齿轮寿命大大缩短。因此,探究不同润滑状态下齿面磨损及其对齿面摩擦特性的影响具有十分重要的学术价值和意义。有鉴于此,本文以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,应用理论建模和数值仿真对齿轮磨损过程及其对摩擦特性的影响进行了研究,主要研究内容如下:1)建立直齿轮的数学模型,精确计算相关参数,之后将齿轮的连续啮合传动过程静态化,将渐开线齿面平面化处理,并将渐开线齿廓等弧长离散化,利用MATLAB软件进行编程,基于Hertz接触理论和Archard磨损公式建立齿面磨损模型,分别计算齿廓各点的磨损系数、滑动距离和接触应力,数值仿真了齿廓各点的磨损深度。结果表明:在小齿轮齿根处的磨损量最大,节点磨损量最小。2)在齿轮数学模型的基础上,建立齿轮副摩擦润滑模型,探讨不同运行工况下齿轮副所处润滑状态,并通过计算相关参数得出齿面摩擦系数和摩擦力的分布规律,揭示齿面摩擦特性。结果表明:齿面时变摩擦系数的分布与润滑状态息息相关,转速的增大和负载的减小有助于润滑油膜的形成。3)在磨损和摩擦润滑模型的基础上,通过计算齿面磨损后相关参数的改变来分析齿面摩擦特性,探讨磨损对摩擦特性的影响规律。结果表明,在不同润滑状态下,磨损可加剧齿轮双齿啮合区摩擦特性的改变,对单齿啮合区的影响不大。4)在电功率封闭齿轮试验台上进行运转试验,通过观察齿面磨损后的形貌及监测振动信号,对试验和仿真结果进行了分析。结果表明:试验结果和理论仿真呈现较好的一致性,从而为分析磨损过程及磨损对齿面摩擦特性的影响提供指导。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41

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