高弹性塑料合金联轴器温度场研究

发布时间：2017-07-16 15:20

  本文关键词：高弹性塑料合金联轴器温度场研究

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【摘要】：本课题来源于国家自然科学基金资助项目“新型高性能塑料合金弹性联轴器动/静态行为机理及设计方法研究”(基金号：51175525/E0506)，该项目同时得到重庆大学机械传动国家重点实验室自主研究基金资助。随着机械工业及国防事业的发展，我国对用于车辆、舰船、国防武器等动力传动系统中的高性能联轴器的需求日益增大。采用塑料合金BTG材料的高弹性塑料合金联轴器，具有减振、降噪、可靠、传递扭矩大等优点。由于摩擦产热和粘弹性损耗产热，高弹性联轴器局部聚热，导致塑料合金承受高热负荷，承载能力下降。此外，BTG塑料合金过高的温升还会引起表层材料热应变，进而严重影响传动性能。因此，研究该新型联轴器的温度场问题具有重要的现实意义。 本文首先综合国内外联轴器以及摩擦温升等方面的研究，了解温度场研究现状，并简要介绍有限元分析理论。基于传热学、摩擦学、接触力学、粘弹性损耗等理论，利用MATLAB数值分析软件计算摩擦热流、粘弹性损耗以及表面对流换热系数，利用WORKBENCH模拟温度场，数值分析结合有限元模拟仿真对新型联轴器本体温度场进行系统的分析。主要研究内容如下： ①通过试验研究啮合面间（铝合金与BTG塑料合金）的摩擦因子与摩擦速度、压力的变化规律，获得正常工况下摩擦因子的变化范围； ②计算理论公式下啮合面热流密度分配系数；建立接触齿面平均接触应力模型，基于该模型推导平均接触应力公式； ③对联轴器表面进行对流换热分析，精确计算联轴器齿面的摩擦热流密度及联轴器表面区域的对流换热系数； ④推导BTG塑料合金粘弹性损耗产热率公式，通过试验获得BTG塑料合金的储能模量以及损耗因子等随温度的变化规律，进而得到粘弹性损耗产热率随温度的变化规律； ⑤利用有限元仿真分析，获得联轴器稳态温度场分布状况，系统讨论了转数、载荷、环境温度等因素对温度场的影响；
【关键词】：高弹性联轴器 BTG塑料合金 热流密度 有限元 稳态温度场
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状综述10-14
• 1.2.1 高弹性联轴器弹性元件材料及工程塑料合金10-12
• 1.2.2 摩擦生热及粘弹性损耗产热研究现状12-13
• 1.2.3 联轴器温度场研究现状13-14
• 1.3 联轴器温度场的研究方法14-18
• 1.3.1 温度场研究方法简介14-16
• 1.3.2 温度场有限元法16-18
• 1.4 主要研究内容和研究方法18-19
• 2 联轴器热分析基础19-33
• 2.1 引言19
• 2.2 联轴器热分析简化模型的建立19-23
• 2.2.1 联轴器的结构及工作原理19-21
• 2.2.2 联轴器材料的导热性能21-23
• 2.3 传热学基本定律23-25
• 2.3.1 能量守恒定律23-24
• 2.3.2 傅里叶定律24-25
• 2.4 热量传递基本方式25-27
• 2.4.1 热传导25-26
• 2.4.2 热对流26-27
• 2.4.3 热辐射27
• 2.5 导热微分方程及边界条件27-30
• 2.5.1 导热微分方程的推导27-29
• 2.5.2 联轴器热分析各边界条件29-30
• 2.6 小结30-33
• 3 联轴器齿面摩擦热流密度计算33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 相对滑动速度33-34
• 3.3 基于赫兹理论的齿面接触应力分析34-36
• 3.4 摩擦系数36-42
• 3.4.1 测量装置简介36-38
• 3.4.2 实验原理及步骤38
• 3.4.3 实验方案及数据处理38-42
• 3.5 热分配系数42-43
• 3.6 摩擦热流量计算43-44
• 3.7 小结44-45
• 4 BTG 塑料合金粘弹性损耗产热率计算45-61
• 4.1 引言45
• 4.2 粘弹性材料的能耗45-47
• 4.3 BTG 塑料合金材料 DMA 动态试验47-58
• 4.3.1 实验设备及实验材料47-49
• 4.3.2 BTG 塑料合金材料 DMA 动态试验49-54
• 4.3.3 基于温度扫描实验的数据分析54-58
• 4.4 BTG 塑料合金粘弹性损耗产热率计算58-59
• 4.5 小结59-61
• 5 联轴器表面对流换热分析61-67
• 5.1 引言61
• 5.2 联轴器外表面对流换热系数分析61-64
• 5.3 联轴器接触面和齿面接触热导64-66
• 5.4 小结66-67
• 6 联轴器稳态温度场及影响因素分析67-81
• 6.1 引言67
• 6.2 联轴器有限元分析模型的建立67-70
• 6.2.1 联轴器三维实体简化模型的建立67-68
• 6.2.2 联轴器有限元离散模型的建立68-70
• 6.3 联轴器本体温度场分析基础70-71
• 6.4 ANSYS Workbench 热分析前处理71-73
• 6.5 联轴器稳态温度场分布73-75
• 6.6 联轴器本体温度场影响因素分析75-80
• 6.6.1 输入转速的影响75-77
• 6.6.2 输入转矩的影响77-79
• 6.6.3 环境温度的影响79-80
• 6.7 小结80-81
• 7 结论与展望81-83
• 7.1 主要结论81
• 7.2 创新点81-82
• 7.3 展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录89
• B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目89

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：549326