真空脂润滑传动系统中典型活动件温场分析

发布时间：2020-07-29 19:13

【摘要】： 空间技术的发展为推动人类经济发展和社会进步发挥了巨大作用。活动件脂润滑的应用和真空环境散热不良的特点使得真空脂润滑传动系统中典型活动件的温场分析具有极其重要的意义。本文以真空环境中脂润滑条件下的齿轮-轴承系统为例,分析了真空脂润滑传动系统中典型活动件的温场。本文首先分析了脂润滑齿轮和轴承摩擦热的影响因素,研究了润滑脂工作温度对产热量的影响,以及脂润滑齿轮混合润滑状态对产热量的影响。其次,根据真空中脂润滑条件下的散热特点,建立了齿轮-轴承系统的温场分析模型,用热网络法从系统角度对齿轮-轴承系统各关键节点的温度进行了分析。将温升对摩擦产热的反作用考虑进温场分析过程,分析了载荷、转速和环境温度对系统温场的影响。然后,以摩擦加速寿命试验有效性准则和脂润滑条件下润滑状态定量描述理论为基础,分析了温度等对摩擦加速寿命试验有效性的影响,并结合齿轮和轴承的温度分析结果,研究保证试验有效性的方法。最后,通过有限元法对齿轮和轴承的局部热网络简化模型的合理性进行了验证,并对齿轮和轴承温场进行了更细致的分析。结果表明:对于特定的真空脂润滑齿轮-轴承系统,摩擦热量只与系统的载荷、转速和润滑脂工作温度有关;随着弹流润滑在混合润滑中所占比例的减小,脂润滑齿轮摩擦热量增大;温度升高将使齿轮摩擦热增加而使轴承摩擦热减少;热网络法更能体现真空中系统结构传热能力对温升的影响,而有限元法则更细致精确的分析出零件内部的温度分布,两者结合使真空脂润滑活动件的温场分析更合理,结果更准确;增大负载和转速都会使齿轮和轴承温度上升,齿轮温度上升的幅度要比轴承的大,且随着负载增大齿轮和轴承温度上升越来越快,而随着转速增大齿轮和轴承温度上升速度略微减慢;环境温度对系统温场起温度基准的作用;对以磨损或润滑膜破裂为寿命终了的脂润滑摩擦寿命试验,综合温度、载荷和转速的影响以保证加速寿命试验有效性的方法是可行的。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH117.2
【图文】：

齿模,齿轮

而对齿轮单独分析。如图1-1 为有限元法对齿轮进行温度分析常用的一齿模型。由于油润滑条件下，齿轮啮合产生的热量主要由轮齿部分的润滑油带走，故不考虑热向轮齿内的传导，建模时也略去了轮齿中心部位温度变化不大的部分，即对(b 区)定为绝热边界条件。但真空脂润滑条件下，一方面，没有了齿轮与空气的对流散热；另一方面，脂润滑条件下，两啮合面间隙内润滑剂流量少，带走的热量减少[47]。所以热向轮齿内部传导成了主要的散热途径，故这种模型及其边界条件的定义不再适用。图 1-1 齿轮一齿模型Fig.1-1 One-Tooth Model of Gear轴承有限元温场分析方面，吉田孝文[47]开发了高速角接触球轴承的有限元计算方法。模型将轴、轴承和轴承箱作为轴对称物体对待，建立了在圆周范围内将球数分散的相应模型。M. Flouros[28]用有限元法建立了高速重载条件下产热与外环温度的关系，并与实验对比，证明有较好的精度。徐建宁等[48]基于传热学和摩擦学理论，建立了滚动轴承相应的稳态温度场和热变形的三维分析有限元模型，运用 ANSYS 分析了处于热平衡状态的滚针轴承、圆锥滚子轴承的温度。但是

齿轮啮合

图 2-1 齿轮啮合简图Fig.2-1 Gear Meshing diagram接触准则，接触压力与主、从动轮齿接触点的综点的等效曲率半径EcR (mm)计算公式如下1 21 2E EEcE ER RRR R=+主动轮齿面接触点曲率半径(mm)，1 11sin2ER = d 从动轮齿面接触点曲率半径(mm)，2 21sin2ER = d 传动重合度αε>1，故齿轮啮合的过程中，既啮合区域。在双齿啮合区域内齿轮承受的载荷由担，而单齿啮合区域内的载荷仅由一对啮合轮齿双齿啮合分界点的位置，需要给出轮齿的重合度( ( ))) ( ( ( ))1 1 2 2 2arccos arccosb a b a d d tg z tg d d tα + ——啮合的齿轮 1，2 的齿数;

摩擦热,流量,齿轮,摩擦功率

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Kp=0.998 时齿轮处于各啮合位置时的瞬时摩擦热流量如图 2-4。主动轮平均产热功率 H=0.068W。可以看出，因为按照经验公式得出的 Kp较大，故边界滑动摩擦热流量所占比例很小。但随着时间推移，润滑脂量越来越少，膜厚减薄，边界润滑所占比例增大，Kp减小。图 2-5 为 Kp=0.8 时的摩擦热流量图，主动轮平均产热功率 H=0.1419W。可见 Kp降低后，边界滑动摩擦热增加。齿轮总摩擦功率与 Kp的关系如图 2-6 所示，随着 Kp的降低，齿轮总摩擦功率增加，说明随着混合润滑中边界润滑的比例增加，齿轮磨擦加剧。

【参考文献】