直齿圆柱齿轮疲劳点蚀失效机理及实验研究

发布时间：2017-04-25 02:22

  本文关键词：直齿圆柱齿轮疲劳点蚀失效机理及实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动具有承载能力大、传动精度高、传动比固定、结构紧凑等优点,被各种机械设备所广泛使用。随着近年来对高速重载和大转矩齿轮的需求,齿轮传动的平稳噪音以及高效耐用都成了亟需解决的难题,齿面的润滑状态以及疲劳失效都成为研究的重点,齿轮的失效大多数属于表面破坏,其中疲劳点蚀是齿轮齿面最常见的失效形式之一,产生于设备运行的初期,可产生齿形误差和振动噪声,甚至导致重大的设备故障。本文采用宏观和微观相结合的方法,基于弹流润滑理论研究40Cr调质直齿圆柱齿轮齿面不同啮合位置在纯滚动接触与滑滚接触时的表面以及亚表面处的应力特征,通过滚动摩擦实验和应力特征对比分析了不同齿面应力水平下接触表面微点蚀坑形貌以及发生、发展过程,揭示了齿面微点蚀和巨点蚀的形成机理,结果表明：微点蚀是在各应力综合作用下,其中剪应力的主导作用下的渐进疲劳现象,巨点蚀是在亚表面循环剪应力下的渐进疲劳现象,剪应力在点蚀形成过程中起主导作用,并建立齿面点蚀多轴疲劳寿命预估模型,主要研究工作如下：(1)建立齿轮传动过程模型。确定轮齿单个啮合周期齿面曲率半径、滑滚速度、滑滚比、传动载荷等参数的分布和变化趋势,同时建立齿面单个啮合点接触简化模型,为后续弹流润滑做基础。(2)粗糙齿面弹流润滑特性研究。依据分形理论建立通用表面粗糙度模型,考虑摩擦、润滑、齿面变形等因素建立统一的粗糙齿面弹流润滑模型,包括Reynolds方程,油膜厚度方程、润滑剂粘度密度方程以及载荷平衡方程,研究了单个啮合周期齿面的应力工况,对比分析光滑齿面和粗糙齿面的弹流工况特征。(3)疲劳点蚀失效机理及寿命预估模型的建立。基于轮齿啮合模型以及接触区微观应力场特征,依据弹性力学建立了轮齿表面以及亚表面应力场计算模型,研究了齿面单个啮合周期中亚表面应力场的变化特征；采用搭建的滚动摩擦磨损试验机模拟齿面弹流润滑过程,探寻特定运行工况和润滑条件下滑滚接触面的点蚀发展过程,通过对近节圆啮合点理论分析和实验结果对比,从应力角度探讨了齿面点蚀失效机理,最后依据材料属性和应力历程,结合材料单轴疲劳性能数据,建立了通用化的多轴疲劳失效准则以及寿命预估模型。
【关键词】：齿轮传动 弹流润滑 亚表面剪应力 疲劳点蚀 寿命预估
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.2.1 齿面疲劳点蚀形成机理研究现状10-12
• 1.2.2 齿面疲劳点蚀寿命模型研究现状12-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-17
• 2 直齿渐开线齿轮啮合过程17-25
• 2.1 引言17
• 2.2 轮齿啮合过程参数分析17-21
• 2.2.1 重合度计算18
• 2.2.2 曲率半径计算18-19
• 2.2.3 滑滚速度计算19-20
• 2.2.4 接触载荷计算20-21
• 2.3 轮齿啮合过程参数计算实例21-22
• 2.4 齿轮啮合模型的简化22-24
• 2.5 本章小结24-25
• 3 粗糙齿面弹流润滑特性研究25-45
• 3.1 引言25
• 3.2 基于分形理论的齿面粗糙度建模25-30
• 3.2.1 粗糙度分形W-M函数理论模型26-29
• 3.2.2 粗糙度W-M分形模型验证和讨论29-30
• 3.3 弹流润滑基本方程及其无量纲化30-36
• 3.3.1 Reynolds方程30-31
• 3.3.2 弹性变形和油膜厚度计算31-34
• 3.3.3 润滑油粘-压方程34
• 3.3.4 润滑油密-压方程34
• 3.3.5 载荷平衡条件方程34-36
• 3.4. 弹流润滑方程数值求解方法36-38
• 3.5 求解结果分析38-44
• 3.5.1 齿轮Hertz接触和弹流接触的对比分析38
• 3.5.2 啮合过程弹流润滑状态分析38-44
• 3.6 本章小结44-45
• 4 齿面疲劳点蚀机理及寿命预估模型45-75
• 4.1 引言45
• 4.2 表面应力场特征45-58
• 4.2.1 纯滚动接触亚表面应力场特征47-50
• 4.2.2 滑滚接触亚表面应力场特征50-56
• 4.2.3 近节圆啮合点应力特征56-58
• 4.3 疲劳实验58-65
• 4.3.1 实验目的58
• 4.3.2 实验装置58
• 4.3.3 试件加工58-60
• 4.3.4 实验方案60-61
• 4.3.5 实验结果及讨论61-65
• 4.4 齿面疲劳点蚀寿命预估模型65-74
• 4.4.1 齿面疲劳失效特征65-66
• 4.4.2 多轴疲劳失效理论66-70
• 4.4.3 多轴疲劳寿命预估模型70-72
• 4.4.4 齿面寿命预测结果72-74
• 4.5 本章小结74-75
• 总结与展望75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况80-81
• 致谢81-82

【共引文献】

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本文编号：325431