双粗糙齿面接触时的弹流润滑数值分析

发布时间：2017-06-27 23:16

  本文关键词：双粗糙齿面接触时的弹流润滑数值分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现行齿轮传动等高副接触机械零件的应力计算是基于光滑表面的假设进行的。然而,在工程实际中绝对光滑的表面是不存在的;且接触表面间的油膜厚度与一般金属切削工艺所形成的表面粗糙度常处于同一数量级,这些凹凸不平的粗糙峰谷必然会引起接触应力的动态变化。鉴此,国内外学者对接触表面的粗糙度效应进行了深入探讨。但是,为了降低研究难度,他们在计算中大多假定一个表面粗糙而另一个表面是光滑的,这显然与实际工况有较大差异。因此,对此课题做进一步研究是完全必要的。本文基于两齿轮齿面粗糙度均呈余弦分布的假设,构建了渐开线直齿圆柱齿轮传动混合热弹流润滑模型。基于此模型,在保持其它参数固定不变的情况下,应用弹性接触理论及多重网格法等数值技术分析了粗糙度峰高、波长以及传动比对齿轮传动润滑参数的影响;接着,通过102组数值计算,分别建立了节点处平均油膜厚度av,rh、最大主剪应力max,r?与两齿面粗糙度峰高比值/b aA A、波长比值/b aL L之间的定量关系。分析、总结本文研究内容,可得出如下结论:(1)沿齿轮传动啮合线从啮入点到啮出点方向,粗糙齿面的主剪应力分布先呈锯齿状波动上升,在节点附近达到最大值后再波动下降;随着粗糙度峰高的增大或波长的减小,max,r?之值随之增大,且主剪应力分布的波动幅度也逐渐趋于剧烈。(2)由于横向粗糙纹理的“泵效应”,使得粗糙齿面的平均油膜厚度av,rh总体上大于光滑齿面的膜厚值av,sh。粗糙度峰高越大,av,rh与av,sh之间的差异就越大;然而,av,rh与av,sh的差异与粗糙度波长并无明显关系。此外,沿齿轮传动啮合线从啮入点到啮出点方向,av,rh总体上呈锯齿状持续上升,这就意味着av,rh的最小值发生在啮入点。因此,现行的以节点处油膜厚度数值作为齿轮润滑设计基准的做法值得商榷。(3)若保持其它参数固定不变,随着齿轮传动比的增大,平均油膜厚度在增大而最大主剪应力在减小。所以,齿轮传动比的适当增大有利于齿轮传动接触疲劳寿命的提高。(4)随着两齿面粗糙度波长比的增大,平均油膜厚度av,rh一直在震荡变化;当/ball3.75后,这种波动逐渐趋于平缓。对于接触区次表面最大主剪应力max,r?而言,当/ball0.87时,max,r?随/ball的增大急剧减小;当0.87/ball3.75时,max,r?小幅震荡;当/ball3.75后,max,r?基本趋于平稳。可见,保持/ball3.75既可减少齿面油膜厚度和次表面主剪应力的波动,还有助于降低齿轮传动的接触疲劳应力。(5)平均油膜厚度av,rh与粗糙度峰高比值/baaa、粗糙度综合峰高a(a=22aba?a)之间均呈二次曲线关系。当/baaa1.5(a0.36)时,av,rh单调减小;当/baaa≈1.5(a≈0.36)时,av,rh取得最小值;当/baaa1.5(a0.36)后,av,rh单调上升。(6)接触区次表面最大主剪应力max,r?与/baaa、a之间均呈近似线性关系。当/baaa≈3时所对应的max,r?比/baaa≈1所对应的max,r?大70%以上。由此推知:为了提高齿轮传动的接触疲劳寿命,在提高齿面加工精度的同时,还应使两齿面粗糙度大小尽量保持一致。此外,本文通过对数值计算结果的回归分析,还分别建立了轮齿接触应力、齿面平均油膜厚度与粗糙度峰高比值、粗糙度综合峰高之间的函数关系。研究结果对完善齿轮传动接触强度设计理论具有积极意义。本文的创新点在于探讨了双粗糙齿面接触时的齿轮润滑效应。不足之处是囿于数值计算收敛问题,粗糙度峰高与波长的取值方面具有一定的局限性。此外,虽然余弦函数已比较接近真实的齿面粗糙形貌,但彼此之间毕竟存在一定差异,致使数值计算结果尚难以完全反映齿轮传动的实际工况。
【关键词】：齿轮传动 弹流润滑 余弦函数 双粗糙齿面
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 弹流润滑理论的提出14
• 1.3 弹流润滑理论的数值计算方法14-17
• 1.4 基于稳态弹流理论下对齿轮传动的研究17-18
• 1.5 非稳态状态下的齿轮传动润滑研究18-19
• 1.6 齿面粗糙度效应的研究19-20
• 1.7 本文研究的内容和意义20-22
• 第二章 研究模型与基本方程的建立22-40
• 2.1 弹流润滑基本模型的建立22-27
• 2.1.1 渐开线直齿圆柱齿轮的形成22
• 2.1.2 渐开线直齿圆柱齿轮的啮合传动22-23
• 2.1.3 综合曲率半径的计算23-25
• 2.1.4 卷吸速度与滑滚比的计算25-27
• 2.2 弹流润滑基本方程组的建立27-34
• 2.2.1 润滑油及其特性27-28
• 2.2.2 Reyonlds方程28-29
• 2.2.3 粘度方程29
• 2.2.4 密度方程29-30
• 2.2.5 粗糙度函数30
• 2.2.6 油膜厚度方程30-32
• 2.2.7 载荷方程32
• 2.2.8 油膜内剪切应力方程32-33
• 2.2.9 能量方程与界面方程33-34
• 2.3 基本方程的量纲一化34-40
• 第三章 齿轮弹流润滑数值求解过程40-58
• 3.1 多重网格法求解齿面压力40-48
• 3.1.1 多重网格法的基本原理40-41
• 3.1.2 求解缺陷方程及循环过程41-43
• 3.1.3 弹流润滑基本方程的离散及缺陷方程43-45
• 3.1.4 压力的松弛迭代45-46
• 3.1.5 载荷方程的应用46-48
• 3.2 多重网格积分法求解弹性变形48-51
• 3.2.1 多重网格积分法的基本原理48
• 3.2.2 双层重网格积分求解弹性变形48-50
• 3.2.3 双层网格向多层网格的推广50-51
• 3.3 温度场分布的计算51-55
• 3.4 总体计算流程55-58
• 第四章 双粗糙齿面的弹流润滑分析58-84
• 4.1 接触区次表面应力的数值计算58-59
• 4.2 齿轮传动及润滑油参数59-61
• 4.3 光滑齿面与粗糙齿面润滑参数的比较分析61-63
• 4.4 粗糙形貌和传动比对润滑参数的影响63-70
• 4.4.1 峰高对平均油膜厚度和最大主剪应力的影响63-66
• 4.4.2 波长对平均油膜厚度和最大主剪应力的影响66-69
• 4.4.3 传动比对平均油膜厚度和最大主剪应力的影响69-70
• 4.5 粗糙度参数比值对润滑参数的影响70-79
• 4.5.1 波长比值变化对润滑参数的影响70-73
• 4.5.2 峰高比值变化对润滑参数的影响73-77
• 4.5.3 粗糙解与光滑解之比与粗糙度参数之间的关系77-79
• 4.6 计算结果回归分析79-84
• 第五章 研究结论与展望84-86
• 5.1 主要研究结论84-85
• 5.2 本文研究不足及研究展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文92

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本文编号：491634