基于分形理论的齿面微织构设计及承载特性研究
发布时间：2022-02-20 12:32
齿轮作为通用性传动零件,其加工精度和质量对机械传动的可靠性、稳定性至关重要,为了实现更强的齿面润滑效果,提高齿轮抗胶合、磨损能力,齿面构形设计一直以来都被广泛关注,本文依托于国家自然科学基金项目“面向跨尺度自润滑齿轮的齿面构形设计及接触承载特性研究”,开展齿轮表面微织构设计及力学特性研究。本文以表面微织构设计形式的多样性、无规则性为主要研究目标,提出基于分形理论的齿面构形设计,开展齿面分形织构理论模型研究;通过借助于分形维数为依据的分形织构评价准则,考虑分形维数的齿面接触承载模型、法向阻尼模型和法向刚度模型,实现对齿轮表面的分形织构设计;利用MATLAB仿真发现,分形维数在1.5左右时,齿面具有最强的承载能力,在分形维数为1.65左右时,齿面具有较好的阻尼效果,另外,通过仿真分析发现分形维数在1.5时,法向刚度能够达到最大值。由此可知,齿轮分形织构设计时,应选择分形维数在1.5左右的分形织构模型,此区域的分形织构能够实现较好的齿轮力学特性;为了分析分形维数与粗糙度的联系,利用SEM电镜对7组机加工样块观察发现,分形维数能够较好的表征中低加工表面的形貌特征;并且在相同粗糙度数值下,分形维...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的背景
1.2 国内外表面微织构领域研究现状
1.2.1 流体动压润滑理论
1.2.2 仿生学理论
1.2.3 分形理论
1.3 研究内容及意义
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 研究意义
第二章 分形织构数学模型
2.1 分形织构模型创建
2.1.1 谢尔宾斯基三角垫数学模型
2.1.2 门格尔海绵数学模型
2.2 分形织构的相似维数
2.2.1 相似维数的定义
2.2.2 相似维数的计算
2.3 参数化分形织构建模
2.3.1 分形IFS生成法
2.3.2 三维分形织构模拟
2.4 本章小结
第三章 分形织构齿面承载特性模型
3.1 分形织构接触承载模型
3.1.1 现有分形接触模型
3.1.2 单微凸体分形接触模型
3.1.3 岛屿密度分布函数修正
3.1.4 考虑摩擦的曲面分形接触模型
3.2 分形织构齿面刚度的计算模型
3.2.1 齿轮啮合数学模型
3.2.2 法向刚度计算模型
3.3 分形织构齿面阻尼的计算模型
3.3.1 微凸体应变能
3.3.2 法向阻尼计算模型
3.4 本章小结
第四章 分形维数衡量织构复杂程度的实验验证
4.1 机加工表面的分形维数计算方法
4.1.1 结构函数法
4.1.2 盒计数法
4.2 二维分形维数分析
4.2.1 二维分形维数的测量
4.2.2 二维分形维数与粗糙度的关系
4.3 三维分形维数分析
4.3.1 三维分形维数的测量
4.3.2 三维分形维数与粗糙度的关系
4.4 本章小结
第五章 考虑齿面承载特性的分形织构参数优化
5.1 分形织构接触承载特性的仿真分析
5.1.1 分形维数对承载能力的影响
5.1.2 摩擦系数对承载能力的影响
5.1.3 材料特性参数对承载能力的影响
5.1.4 粗糙度幅值对承载能力的影响
5.1.5 小结
5.2 分形织构齿面法向阻尼的仿真分析
5.2.1 曲率半径对法向阻尼的影响
5.2.2 摩擦系数对法向阻尼的影响
5.2.3 分形维数对法向阻尼的影响
5.2.4 材料特性参数对法向阻尼的影响
5.2.5 粗糙度幅值对法向阻尼的影响
5.2.6 啮合方式对法向阻尼的影响
5.2.7 小结
5.3 分形织构齿面法向刚度的仿真分析
5.3.1 分形维数对法向刚度的影响
5.3.2 粗糙度幅值对法向刚度的影响
5.3.3 摩擦系数对法向刚度的影响
5.3.4 材料特征参数对法向刚度的影响
5.3.5 小结
第六章 齿面分形织构的仿真分析
6.1 齿面分形织构的三维模型
6.2 分形织构的CFD分析
6.2.1 齿面分形织构的简化模型
6.2.2 分形织构Fluent模型的设置及求解
6.3 分形织构动压润滑的结果分析
6.3.1 谢尔宾斯基三角形织构润滑效果分析
6.3.2 分形织构与规则织构对比分析
6.3.3 不同分形织织构对比分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 论文主要创新点
7.3 今后工作展望
参考文献
附录1
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑摩擦因素的粗糙曲面弹塑性分形接触修正模型研究[J]. 李浩,陈奇,张彦,王亚东. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]基于分形理论的齿面法向接触阻尼计算模型[J]. 陈奇,李浩,尹延国,陈远龙,吴焱明. 应用力学学报. 2018(06)
[3]滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响[J]. 秦红玲,郭建义,徐翔,王佳乐,赵新泽. 润滑与密封. 2018(02)
[4]表面织构流体动压润滑性能的研究进展[J]. 汤勇,唐恒,万珍平,袁伟,陆龙生,李宗涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(09)
[5]表面微凹坑和纹理方向对界面摩擦的耦合影响[J]. 候丽霞,刘小君,张彤,刘焜. 中国机械工程. 2017(11)
[6]齿面凹坑参数对面齿轮等温弹流润滑的影响[J]. 何国旗,孙能,何瑛,严宏志,邓澍杰,王其雷. 润滑与密封. 2017(02)
[7]分形表面的微织构对动压润滑性能的影响[J]. 韩翔. 润滑与密封. 2016(05)
[8]45钢的黏结型激光微织构表面摩擦学性能及固体润滑机理分析[J]. 华希俊,王蓉,周万,刘凯,符永宏,纪敬虎. 材料工程. 2015(09)
[9]微凹坑织构表面对脂润滑关节轴承摩擦特性的影响[J]. 刘小君,董磊,王森,李国瑞,刘焜. 摩擦学学报. 2014(04)
[10]单峰接触研究及其在分形表面接触中的应用[J]. 赵波,戴旭东,张执南,谢友柏,张勇. 摩擦学学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D]. 陈奇.合肥工业大学 2010
[2]面向环保的高速全自动冷镦机优化研究与系统实现[D]. 徐高春.上海大学 2011
[3]织构化表面的润滑计算模型及减摩特性研究[D]. 马晨波.中国矿业大学 2010
本文编号：3635053
【文章来源】：合肥工业大学安徽省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题的背景
1.2 国内外表面微织构领域研究现状
1.2.1 流体动压润滑理论
1.2.2 仿生学理论
1.2.3 分形理论
1.3 研究内容及意义
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 研究意义
第二章 分形织构数学模型
2.1 分形织构模型创建
2.1.1 谢尔宾斯基三角垫数学模型
2.1.2 门格尔海绵数学模型
2.2 分形织构的相似维数
2.2.1 相似维数的定义
2.2.2 相似维数的计算
2.3 参数化分形织构建模
2.3.1 分形IFS生成法
2.3.2 三维分形织构模拟
2.4 本章小结
第三章 分形织构齿面承载特性模型
3.1 分形织构接触承载模型
3.1.1 现有分形接触模型
3.1.2 单微凸体分形接触模型
3.1.3 岛屿密度分布函数修正
3.1.4 考虑摩擦的曲面分形接触模型
3.2 分形织构齿面刚度的计算模型
3.2.1 齿轮啮合数学模型
3.2.2 法向刚度计算模型
3.3 分形织构齿面阻尼的计算模型
3.3.1 微凸体应变能
3.3.2 法向阻尼计算模型
3.4 本章小结
第四章 分形维数衡量织构复杂程度的实验验证
4.1 机加工表面的分形维数计算方法
4.1.1 结构函数法
4.1.2 盒计数法
4.2 二维分形维数分析
4.2.1 二维分形维数的测量
4.2.2 二维分形维数与粗糙度的关系
4.3 三维分形维数分析
4.3.1 三维分形维数的测量
4.3.2 三维分形维数与粗糙度的关系
4.4 本章小结
第五章 考虑齿面承载特性的分形织构参数优化
5.1 分形织构接触承载特性的仿真分析
5.1.1 分形维数对承载能力的影响
5.1.2 摩擦系数对承载能力的影响
5.1.3 材料特性参数对承载能力的影响
5.1.4 粗糙度幅值对承载能力的影响
5.1.5 小结
5.2 分形织构齿面法向阻尼的仿真分析
5.2.1 曲率半径对法向阻尼的影响
5.2.2 摩擦系数对法向阻尼的影响
5.2.3 分形维数对法向阻尼的影响
5.2.4 材料特性参数对法向阻尼的影响
5.2.5 粗糙度幅值对法向阻尼的影响
5.2.6 啮合方式对法向阻尼的影响
5.2.7 小结
5.3 分形织构齿面法向刚度的仿真分析
5.3.1 分形维数对法向刚度的影响
5.3.2 粗糙度幅值对法向刚度的影响
5.3.3 摩擦系数对法向刚度的影响
5.3.4 材料特征参数对法向刚度的影响
5.3.5 小结
第六章 齿面分形织构的仿真分析
6.1 齿面分形织构的三维模型
6.2 分形织构的CFD分析
6.2.1 齿面分形织构的简化模型
6.2.2 分形织构Fluent模型的设置及求解
6.3 分形织构动压润滑的结果分析
6.3.1 谢尔宾斯基三角形织构润滑效果分析
6.3.2 分形织构与规则织构对比分析
6.3.3 不同分形织织构对比分析
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 论文主要创新点
7.3 今后工作展望
参考文献
附录1
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑摩擦因素的粗糙曲面弹塑性分形接触修正模型研究[J]. 李浩,陈奇,张彦,王亚东. 塑性工程学报. 2018(06)
[2]基于分形理论的齿面法向接触阻尼计算模型[J]. 陈奇,李浩,尹延国,陈远龙,吴焱明. 应用力学学报. 2018(06)
[3]滑动轴承表面形貌的分形模拟及对摩擦学性能的影响[J]. 秦红玲,郭建义,徐翔,王佳乐,赵新泽. 润滑与密封. 2018(02)
[4]表面织构流体动压润滑性能的研究进展[J]. 汤勇,唐恒,万珍平,袁伟,陆龙生,李宗涛. 华南理工大学学报(自然科学版). 2017(09)
[5]表面微凹坑和纹理方向对界面摩擦的耦合影响[J]. 候丽霞,刘小君,张彤,刘焜. 中国机械工程. 2017(11)
[6]齿面凹坑参数对面齿轮等温弹流润滑的影响[J]. 何国旗,孙能,何瑛,严宏志,邓澍杰,王其雷. 润滑与密封. 2017(02)
[7]分形表面的微织构对动压润滑性能的影响[J]. 韩翔. 润滑与密封. 2016(05)
[8]45钢的黏结型激光微织构表面摩擦学性能及固体润滑机理分析[J]. 华希俊,王蓉,周万,刘凯,符永宏,纪敬虎. 材料工程. 2015(09)
[9]微凹坑织构表面对脂润滑关节轴承摩擦特性的影响[J]. 刘小君,董磊,王森,李国瑞,刘焜. 摩擦学学报. 2014(04)
[10]单峰接触研究及其在分形表面接触中的应用[J]. 赵波,戴旭东,张执南,谢友柏,张勇. 摩擦学学报. 2014(02)
博士论文
[1]基于分形理论的汽车变速箱齿轮接触强度研究[D]. 陈奇.合肥工业大学 2010
[2]面向环保的高速全自动冷镦机优化研究与系统实现[D]. 徐高春.上海大学 2011
[3]织构化表面的润滑计算模型及减摩特性研究[D]. 马晨波.中国矿业大学 2010
本文编号：3635053
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3635053.html
