齿轮齿条传动往复运动的热弹流润滑分析

发布时间：2020-07-31 19:27

【摘要】：齿轮齿条传动机构由于可以实现圆周运动和直线运动之间的相互转换,在现代机械中被广泛应用。当机构承受大的载荷和大的滑动速度时,若润滑不合理,齿轮和齿条表面容易产生磨损和胶合等失效行为。本文针对往复运动齿轮齿条机构,建立了无限长线接触弹流润滑模型,求得了往复运动齿轮齿条机构的热弹流润滑数值解,考虑的影响因素包括:啮合点位置、模数、线角传动比等参数,粗糙纹理形状,载荷在啮合周期内变化,变位系数,换向过程持续时间,换向过程在啮合线内所处位置等。(1)分析了不同参数对齿轮齿条机构稳态弹流润滑数值解的影响,求解得到齿轮齿条机构在不同参数影响下接触区内油膜压力和膜厚的分布规律,包括啮合点位置、模数、线角传动比等参数对机构润滑的影响,并比较了三种粗糙纹理对机构接触区油膜压力、膜厚和温度的影响。(2)考虑了单双齿啮合相互转换时载荷随时间的变化,计算了齿轮齿条机构在一个啮合周期内的压力和膜厚,讨论了单双齿交替啮合载荷随时间的变化和变位系数对机构啮合周期内中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最高温度的影响,以及不同啮合点处接触区内油膜压力和膜厚的变化规律。(3)考虑热效应、非牛顿效应和载荷时变效应,将往复运动与单向运动的弹流润滑状况进行比较,比较了一个啮合周期内中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最高温度的变化,比较了换向点处与单向运动啮合线上相同位置的接触区压力和膜厚;研究了载荷变化对往复运动齿轮齿条机构一个啮合周期内中心压力、中心膜厚、最小膜厚和最高温度的影响,和载荷大小对换向点处接触区内压力和膜厚的影响。(4)运用齿轮齿条传动机构的非稳态弹流润滑模型,考虑了齿轮齿条传动过程中的载荷变化,在换向过程中考虑表面速度变化,讨论了往复运动换向过程持续时间对齿轮齿条传动润滑状态的影响。计算了不同换向过程持续时间影响下一个啮合周期上最小膜厚、最高温度、中心压力和中心膜厚的变化,以及换向过程不同瞬时接触区压力和膜厚分布。(5)在往复运动齿轮齿条机构非稳态弹流润滑的基础上,讨论了齿轮齿条啮合过程中,往复运动换向过程沿啮合线上所处位置不同时对齿轮齿条传动润滑状态的影响。计算了换向过程在啮合线上所处不同位置时一个啮合周期上最小膜厚、最高温度、中心压力和中心膜厚的变化,以及对不同换向位置时换向过程中不同瞬时接触区的膜厚进行比较,以获得对机构润滑较有利的换向位置。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41
【图文】：

齿轮齿条,失效形式,机构

第 1 章绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 课题的研究背景齿轮齿条传动被广泛应用在现代机械中，因为齿轮齿条传动机构可以实现圆周运动与直线运动之间的转化，传动效率高，传动结构简单，传动精度能达到高精度（可达 0.1mm），能够实现无限长度的对接延续，传动速度高等优点，特别是在快速、精确定位机构。然而，齿轮齿条机构多为开式传动，往往被应用于大载荷、工况恶劣的环境中，如果润滑失效，机构在传动过程中容易产生大的传动噪音，大的磨损等，导致机构产生齿面胶合现象。产生胶合后，迅速扩展，进而导致齿面温度升高，传动过程中产生动载、噪声等现象，使得轮齿遭到破坏，严重时甚至造成轮齿断裂。图 1-1 为齿轮齿条机构不同失效形式图。

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- 5[31]图1-2 不同载荷下润滑油膜形状随滑滚比变化情况[31]2000年至今，杨沛然[35-36]等提出卷吸速度为0时，在一定条件下两接触表面之间也能够产生润滑油膜，此外还研究了高速极重载工况下弹流问题，指出高粘度和大的粘压系数能增加油膜厚度的同时，也能使表面疲劳磨损加快；温诗铸[37]等考虑润滑剂粘塑性，讨论了速度和润滑剂温度不同时润滑油膜承载能力的变化规律；Liu[38]等用有限长线接触弹流润滑模型，求解了圆柱滚子轴承传动过程中的最大压力、最高温度和最小膜厚，并比较了与等温解之间的差异；孙浩洋[39]等对弹流反常温度场的形成机理和影响因素做了探讨

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性能的试验台，用表面粗糙度不同的三杆试验测定摩擦和泄漏，但薄膜厚度不准确，无法区分混合润滑和全膜润滑；Nishikawa[69]等用光干涉实验技术观察了往复运动纯滑动工况下接触区内的油膜形状和油膜厚度，试验中发现短行程和高频率在乏油条件下会产生气泡导致油膜破裂。2000 年以后，有关往复运动的摩擦学研究开始逐渐增多。Dellis[70]等在往复式试验台上观察了往复式活塞环组件润滑油膜的气穴现象，试验发现润滑油膜厚度对空化行为有重要的影响，空化行为反过来也会影响压力分布，综合理论分析与试验研究，对活塞环润滑状况有了更深的认识；Wang[71-72]等研究了线接触热弹流润滑问题，讨论了频率、行程长度和外加载荷等因素对膜厚、压力的影响，此外还研究了短行程纯滚动往复运动的弹流润滑问题，解释了往复运动下油膜的一般变化、讨论了供油充足和乏油条件时的摩擦特性，图 1-3 为文中换向瞬时接触区内压力分布和油膜形状的理论计算结果与试验观察结果；杨志强[73]等求解了线

【参考文献】