滑移型三叉式联轴器的抗磨损结构及其润滑特性

发布时间：2020-09-28 19:12

　　本文进行了滑移型三叉式联轴器的抗磨损结构设计,并分别在等温牛顿流体条件与热牛顿流体条件下考察了各主要因素对其润滑性能的影响。同时,作为抗磨损结构设计和润滑分析的准备工作,滑移型三叉式联轴器的运动学及动力学特性也被研究了。在滑移型三叉式联轴器的运动学分析中,首先利用坐标变换技术建立了其运动学方程组,然后使用数值方法考察了联轴器夹角、滑杆回转半径、输出轴长度及输入轴频率对其运动学特性的影响。各运动学曲线均相似于正弦函数,输出角误差、输出轴角速度误差及联轴器夹角的波动均3倍频于输入轴,滑杆对三叉的相对运动2倍频于输入轴,滑杆对输入轴的相对运动与输入轴同频率。联轴器夹角、滑杆回转半径及输入轴频率的增大,不仅增强了滑杆的相对运动,还导致输出轴沿回转方向的周期性振动的增强。但是,输出轴长度的增加减弱了输出轴沿回转方向的周期性振动,且输出轴长度几乎不影响滑杆的相对运动。另外,联轴器夹角及滑杆回转半径的增大都导致了联轴器夹角波动的增强,而输出轴长度的增大减弱了联轴器夹角的波动。在滑移型三叉式联轴器的动力学分析中,首先通过受力分析建立了滑移型三叉式联轴器的动力学方程组,然后使用高斯列主元消去法进行求解。动力学分析主要考察了输入轴一个旋转周期中输入轴和输出轴2处支撑的受力、输出扭矩、输入轴上3个孔的受力及3个叉杆臂的受力变化情况以及滑杆回转半径、输出轴长度、输入轴长度、输入轴频率、滑杆质量及联轴器夹角等对它们的影响。各处受力及力矩均相似于正弦曲线。输入轴和输出轴2处支撑的受力及力矩都3倍频于输入轴,输出扭矩也3倍频于输入轴,输入轴上3个孔的受力及3个叉杆臂的受力均与输入轴同频率。随着输出轴长度的增大,输入轴和输出轴2处支撑的受力及力矩波动减弱,输出力矩及叉杆臂上的圆周力波动也减弱;但是,输入轴孔上的受力及叉杆臂上垂直于三叉平面的分力几乎不受输出轴长度影响。随着滑杆回转半径、输入轴频率及滑杆质量的减小,各处受力及力矩波动均减弱。输入轴长度的减小仅仅使得输入轴支撑处的2个力矩波动减弱,而几乎不影响其它受力及力矩。输入轴孔上的受力几乎不受联轴器夹角影响,而联轴器夹角的减小使得其它受力及力矩波动减弱。根据滑移型三叉式联轴器的运动学与动力学分析,确定输入轴上的孔与滑杆之间的配合表面为抗磨损结构设计及润滑分析的主要目标,并对滑杆进行了结构改进。此后,对上述配合表面进行受力分析,并使用无限长假设获得了其简化几何模型。针对获得的简化几何模型,在等温牛顿流体条件下对其润滑特性进行了数值分析,考察了有效半径、输入轴频率、振幅、简化弹性模量、施加载荷及润滑剂粘度等对压力及油膜厚度的影响。有效半径的增大使得润滑油膜厚度增大而压力减小。振幅、频率或润滑剂粘度的增大都将使得油膜厚度增大,但其对压力的影响主要集中在第二压力峰附近。简化弹性模量几乎不影响油膜厚度,但简化弹性模量的增大将会引起压力分布的升高。施加载荷越大,接触区压力越大,润滑油膜厚度越小。本文在考虑温度变化的条件下,进一步对使用牛顿流体润滑剂时简化几何模型的润滑性能进行了数值分析,考察了有效半径、频率、振幅、粘压系数及粘温系数等对压力、油膜厚度及温度的影响,并对等温及热条件下的压力及油膜厚度进行了比较。与等温条件相比,热条件下油膜厚度更小且第二压力峰更弱。静止固体表面的温度高于运动固体表面的温度。增大有效半径、频率及振幅或减小粘压系数及粘温系数,都将使得油膜厚度增大。增大频率、振幅及粘压系数或减小有效半径及粘温系数都将使得油膜中层的温度升高。有效半径越大,接触区压力越小。频率、振幅、粘压系数及粘温系数等对压力的影响主要集中在第二压力峰。
【学位单位】：青岛科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH133.4
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章绪论
    1.1 引言
        1.1.1 联轴器
        1.1.2 万向联轴器
        1.1.3 万向联轴器对
        1.1.4 等速万向联轴器
        1.1.5 滑移型三叉式联轴器
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 三叉式联轴器研究现状
        1.2.2 润滑领域研究现状
    1.3 本文的主要研究内容及意义
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 本文研究工作的意义
第2章运动学特性
    2.1 坐标系统
        2.1.1 滑移型三叉式联轴器的自由度
        2.1.2 坐标系统
    2.2 运动学方程
        2.2.1 输入输出角关系
        2.2.2 滑杆的相对位移
        2.2.3 联轴器夹角的波动
    2.3 数值方法
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 输出轴的转动特性
        2.4.2 滑杆对三叉的相对运动
        2.4.3 滑杆对输入轴的相对运动
        2.4.4 联轴器夹角的波动
    2.5 结论
    2.6 本章小结
第3章动力学特性
    3.1 动力学方程
        3.1.1 输出轴受力分析
        3.1.2 输入轴受力分析
        3.1.3 滑杆受力分析
        3.1.4 动力学方程组
    3.2 结果与讨论
        3.2.1 各处力(矩)在输入轴一个旋转周期中的基本波形
        3.2.2 滑杆回转半径的影响
        3.2.3 输出轴长度的影响
        3.2.4 输入轴长度的影响
        3.2.5 输入轴频率的影响
        3.2.6 滑杆质量的影响
        3.2.7 联轴器夹角β 的影响
    3.3 结论
    3.4 本章小结
第4章抗磨损结构及其等温条件下的润滑特性
    4.1 联轴器磨损的主要位置
        4.1.1 联轴器磨损的主要位置
        4.1.2 两个简化
    4.2 抗磨损结构
        4.2.1 润滑油膜形成机理
        4.2.2 抗磨损结构
    4.3 数学建模
        4.3.1 几何模型
        4.3.2 控制方程
    4.4 数值方法
    4.5 结果与讨论
        4.5.1 有效半径对压力及油膜厚度的影响
        4.5.2 频率对压力及油膜厚度的影响
        4.5.3 振幅对压力及油膜厚度的影响
        4.5.4 简化弹性模量对压力及油膜厚度的影响
        4.5.5 载荷对压力及油膜厚度的影响
        4.5.6 润滑剂粘度对压力及油膜厚度的影响
    4.6 与实验结果的比较
    4.7 结论
    4.8 抗磨损结构的设计依据
    4.9 本章小结
第5章考虑热效应时的润滑特性
    5.1 控制方程
    5.2 数值方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 等温条件下与热条件下压力及油膜厚度的对比
        5.3.2 有效半径对压力、油膜厚度及温度的影响
        5.3.3 频率对压力、油膜厚度及温度的影响
        5.3.4 振幅对压力、油膜厚度及温度的影响
        5.3.5 粘压系数对压力、油膜厚度及温度的影响
        5.3.6 粘温系数对压力、油膜厚度及温度的影响
    5.4 结论
    5.5 抗磨损结构的设计依据
    5.6 本章小结
结论
参考文献
致谢
攻读博士学位期间完成的学术论文

【参考文献】