重载齿轮传动的齿面粗糙度效应探析

发布时间：2017-11-03 04:03

  本文关键词：重载齿轮传动的齿面粗糙度效应探析

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【摘要】：随着经济发展和技术水平的不断提高,重载齿轮传动在机械传动中占有越来越重要的地位。迄今为止,国内外学者在齿轮传动混合弹流润滑研究领域做了大量工作,但绝大多数研究针对轻、中载状况,涉猎重载齿轮传动混合润滑的研究成果鲜见报端。 在探讨齿面粗糙度效应时,研究者往往在齿面人为假设一个微凸体或者假定齿面粗糙波呈正弦(余弦)分布,虽然这在很大程度上降低了计算难度,但与齿面粗糙度实际分布有较大出入。鉴此,本文首先借助青岛理工大学所属的粗糙度轮廓测量仪测得了具有不同纹理方向的多组试件的表面粗糙度；然后运用傅里叶非线性变换拟合出表面粗糙度相关函数方程,并将其整合到对膜厚方程的求解中,此时求解弹流润滑的齿轮传动模型基本建立。基于此模型,在保持粗糙度数值固定不变的前提下,通过改变润滑油黏度进行了76组数值计算,从理论上探究了润滑油黏度对重载齿轮传动接触应力的影响；接着,通过改变粗糙度数值,分别针对齿面粗糙纹理方向呈纵、横向两种情况,进行了40组对比数值计算,进一步探析了粗糙度大小及其纹理方向对齿面油膜厚度与接触应力的影响。总结研究结果,可以得到以下结论： (1)与现行齿轮传动接触强度设计所依据的Hertz分布相比,粗糙齿面压力分布及油膜厚度均呈现剧烈波动,接触区次表面出现明显的应力集中。粗糙度数值越大,这种波动和应力集中的程度就越剧烈,且纵向纹理粗糙齿面的剧烈程度要大于横向纹理粗糙齿面。 (2)在其它参数固定不变的前提下,轮齿接触应力随着润滑油黏度增大而减小。但粘度当超过一定值时,轮齿接触应力几乎不随润滑油黏度变化。 (3)当粗糙纹理为纵向时,齿面平均油膜厚度要小于光滑齿面的膜厚值；而横向纹理粗糙齿面的平均油膜厚度反而大于光滑接触的相应值。粗糙度数值越大,粗糙齿面与光滑齿面油膜厚度的差异就越大。例如,当齿面粗糙度σ0.35(μmm)时,对于相同的润滑油黏度,横向纹理粗糙齿面平均油膜厚度要比纵向纹理粗糙齿面的膜厚值大10%以上。 (4)只要有粗糙度的存在,无论是横向纹理还是纵向纹理,轮齿接触区次表面主剪应力最大值都大于光滑接触时的相应值。当齿面粗糙度σ≤_0.06(μm)时,因齿面粗糙纹理方向不同所引起的应力差异很小；当σ0.06(μm)后,主剪应力最大值与齿面粗糙度之间近乎成线性关系;且对于同一粗糙度数值,横向粗糙纹理齿面的接触应力小于纵向粗糙纹理齿面的应力值。 文末,还分别建立了轮齿接触应力与润滑油黏度及齿面粗糙度之间的定量关系,并给出了横向粗糙纹理齿面的润滑效果要优于纵向粗糙纹理齿面的研究结论。 本文的创新点是基于实测的表面粗糙度数据探讨了重载齿轮传动的粗糙度效应,使得研究结果更具实际意义。不足之处是当粗糙度数值较大时,数值计算难以收敛。
【关键词】：实测粗糙度数据 重载齿轮传动 粗糙纹理 油膜比厚
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 符号说明9-11
• 目录11-14
• 第一章 绪论14-24
• 1.1 引言14
• 1.2 弹流润滑发展概述14-16
• 1.3 弹流润滑数值计算方法的概述16-19
• 1.3.1 直接迭代法16-17
• 1.3.2 逆解法17
• 1.3.3 牛顿法17-18
• 1.3.4 多重网格法18
• 1.3.5 多重网格与Newton-Raphson耦合法18
• 1.3.6 高阶间断有限元法(CFD)18-19
• 1.3.7 遗传算法19
• 1.4 弹流润滑对齿轮接触应力的影响19-20
• 1.5 齿面粗糙度效应研究20-21
• 1.6 本文研究工作21-22
• 1.7 本章小结22-24
• 第二章 齿轮润滑模型及基本方程的构建24-44
• 2.1 齿轮传动润滑模型24-28
• 2.1.1 综合曲率半径25-26
• 2.1.2 卷吸速度与滚滑比26-28
• 2.2 齿面粗糙度函数的建立28-30
• 2.3 弹流润滑基本方程组30-38
• 2.3.1 润滑油的流变学模型30-31
• 2.3.2 Reynolds方程31-32
• 2.3.3 黏度方程32
• 2.3.4 密度方程32-33
• 2.3.5 油膜厚度方程的建立33-35
• 2.3.6 载荷方程35-36
• 2.3.7 油膜内剪切应力方程36-37
• 2.3.8 能量方程以及界面方程37-38
• 2.4 基本方程的量纲一化38-42
• 2.5 本章小结42-44
• 第三章 数值计算方法44-64
• 3.1 齿面压力分布的计算44-51
• 3.1.1 多重网格法的基本原理44-45
• 3.1.2 限制和延拓45-47
• 3.1.3 基本方程的离散及其缺陷方程47-49
• 3.1.4 压力的松弛迭代49-51
• 3.2 多重网格积分法51-55
• 3.2.1 多重网格积分法概述51-52
• 3.2.2 计算弹性变形52-55
• 3.3 逐列扫描法55-62
• 3.4 本章小结62-64
• 第四章 数值计算结果与分析64-90
• 4.1 接触区次表面应力分布计算64-66
• 4.2 计算示例66-69
• 4.3 润滑油黏度对齿轮传动润滑效应的影响69-75
• 4.4 粗糙纹理方向对齿轮传动润滑效果的影响75-83
• 4.5 结果回归分析83-88
• 4.5.1 接触应力τ_(max)与油膜比厚λ的关系83-84
• 4.5.2 粗糙齿面与光滑齿面油膜厚度比值h_(av)/h_(as)与λ之间关系的建立84-86
• 4.5.3 不同纹理粗糙齿面接触应力σ_(max)与粗糙度σ之间关系86
• 4.5.4 回归方程的显著性检验86-88
• 4.6 本章小结88-90
• 第五章 研究结论与展望90-92
• 5.1 主要研究结论90-91
• 5.2 研究不足与展望91-92
• 参考文献92-98
• 致谢98-100
• 攻读硕士期间发表的论文100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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4 卢立新,张和豪;齿轮传动系统动载荷非稳态弹流润滑研究[J];润滑与密封;2002年01期

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6 王优强;刘冬伟;李伟;;渐开线斜齿轮瞬态弹流润滑数值分析[J];润滑与密封;2008年07期

7 张增强;高创宽;尹晓亮;;润滑油粘度对齿轮接触疲劳寿命影响的研究[J];机械工程与自动化;2008年06期

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本文编号：1134525