非Hertz接触齿轮设计理论与方法及其实证研究

发布时间：2020-08-09 22:29

【摘要】：齿轮在机械设备中应用的非常广泛,在机械传动中具有重要的作用。随着工业生产飞速的发展,对齿轮传动装置的寿命和可靠性的要求也越来越高。目前我国齿轮工业中基本依靠ISO齿轮标准设计齿轮,对齿面接触强度的评价是以Hertz接触理论为基础。Hertz接触理论没有考虑到接触齿面的润滑、相对运动、粗糙度等因素的影响,对齿面接触状态的描述过于简化。尽管有通过实验确定的一些影响因子来考虑这些因素的影响,然而随着对齿轮的高功率密度、长服役寿命等性能要求的提高,现阶段基于Hertz接触理论的设计准则难以准确揭示齿面接触及失效机理,通常会导致对于齿轮的失效形式及齿轮寿命估计不清楚,这些问题凸显出了正确描述齿面真实接触以及建立考虑更多因素的齿轮设计方法的必要性和重要性。本文根据线接触EHL应力拟合公式,推导出基于EHL应力下的齿轮接触疲劳强度设计公式;将润滑油粘度根据不同工况分段以后,对比分析了不同条件下齿轮的EHL应力与Hertz应力的大小,以及基于两种应力设计结果之间的大小。研究分析表明:EHL中心应力和Hertz应力在不同条件下都非常接近,基于两种应力设计结果之间也非常接近;EHL应力也能跟Hertz应力相同,作为齿轮接触疲劳强度设计的理论依据。以Dowson的EHL油膜为理论基础,推导出基于EHL油膜厚度的齿轮润滑设计公式;将基于EHL应力的齿轮强度设计和齿轮润滑设计相结合,得到既满足强度又满足润滑的非Hertz接触齿轮设计公式。对比分析了不同工况下,非Hertz接触齿轮设计结果与基于Hertz理论设计结果的大小。使用了大量不同场合的齿轮实例对非Hertz接触齿轮设计结果进行验证,并对所有实例进行抗胶合校核。研究分析表明:非Hertz接触齿轮设计结果与齿轮实际尺寸非常接近,并且全部满足齿轮的抗胶合校核;而基于Hertz理论设计结果小于齿轮的实际尺寸,有一些甚至难以满足抗胶合校核;非Hertz接触齿轮设计方法综合考虑齿轮的强度和润滑双重标准,更加符合实际工况,设计结果令人满意,完全满足工程需求,对提高齿轮的抗疲劳寿命和可靠性具有重要的意义。开发基于非Hertz接触齿轮设计理论与方法应用软件,本文使用Windows平台上Visual Basic开发工具及Access数据库管理系统进行软件开发,为在齿轮设计中使用非Hertz接触齿轮设计理论与方法提供了方便。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.41
【图文】：

2132 1H EHd HKT Z Zd 大 Hertz 接触应力的渐开线斜齿轮的设计公式[71]为： 2132 1H EHd HKT Z Zd 于 EHL 中心应力的齿轮强度设计公式直齿轮的轮齿受力分析合线作用齿面上的法向载荷在节点P处分解成两个相互垂直的力为圆周力tF ，径向方向的力为径向力rF ，如图 2.1 所示：12tancostr ttnTFdF FFF

图 5.1 非 Hertz 接触齿轮设计软件操作界面图 5.1 软件操作界面上有九个参数输入框、七个参数复选框、一个计算按钮以及六个计算结果显示栏；其中复选框“Combo3”、“Combo4”分别为主、从动齿轮的材料选择框，该软件对两齿轮都分别提供了五种材料的选择，分别为：渗碳淬火钢、调制钢、铸钢、球磨铸铁和灰铸铁；“Combo5”为变速箱对应的原动机的选择框，提供了四种原动机的选择，分别为：电动机、蒸汽机、多缸内燃机和单缸内燃机；此外，使用该软件设计时要注意以下问题：（1）齿轮传动比不易过大，通常不能大于 10；螺旋角应在常用范围 8°～20°之间进行选择，否则会出现如图 5.2 提示：

图 5.1 非 Hertz 接触齿轮设计软件操作界面操作界面上有九个参数输入框、七个参数复选框果显示栏；其中复选框“Combo3”、“Combo4择框，该软件对两齿轮都分别提供了五种材料的制钢、铸钢、球磨铸铁和灰铸铁；“Combo5”，提供了四种原动机的选择，分别为：电动机燃机；此外，使用该软件设计时要注意以下问题动比不易过大，通常不能大于 10；螺旋角应在择，否则会出现如图 5.2 提示：

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本文编号：2787642