渐开线斜齿圆柱齿轮传动的主动摩擦学设计

发布时间：2017-08-23 02:29

  本文关键词：渐开线斜齿圆柱齿轮传动的主动摩擦学设计

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【摘要】：据权威估计,由摩擦磨损消耗的能源大约占到总能源的三分之一。近期研究表明,通过节约获取的利益相当于研发投入经费的50倍,这些节约不仅现实而且重要,它不需要投入大量资金。研究摩擦学之目的正在于减少表面摩擦磨损所造成的损失,从而提高生产效率,改善产品性能,减少零件失效,节约宝贵资源。 现行渐开线圆柱齿轮传动接触疲劳强度设计步骤往往是先依据赫兹(Hertz)理论确定轮齿主要尺寸,然后再对润滑条件进行被动验算,致使有的齿轮传动尤其是低速重载齿轮传动会因润滑不良而失效。因此,很有必要在强度设计时对润滑条件进行同步设计。此设计方法被称为齿轮传动的主动摩擦学设计。 本文以Hertz理论和弹流润滑理论为基础,将现行齿面接触疲劳强度设计与润滑设计公式有机耦合,建立了渐开线斜齿圆柱齿轮传动的主动摩擦学设计模型；基于此模型,应用VB语言开发了计算机程序；然后,利用此程序,针对31种不同工况条件进行了计算,从理论上分析了齿轮转速、精度等级、传递功率(载荷)、润滑剂粘度、油膜比厚等因素对齿轮传动设计结果的影响。归纳本文研究内容,可得如下主要研究结果： 1.在保持齿轮精度等级、油膜比厚、润滑剂粘度等参数不变的前提下,小齿轮分度圆直径d随齿轮转速ｎ的增大而减小。当齿轮转速较低时,依据润滑设计与摩擦学设计模型计算所得d值随着转速ｎ的增大急剧减小；在中速状态下,d随ｎ的变化曲线较为平缓；对于高速传动,基于三个设计模型的计算结果逐渐趋于一致。需要强调的是,在任何工况条件下,依据摩擦学设计模型的设计结果可同时满足强度条件和润滑要求。 2.对于中、重载齿轮传动而言,当齿轮转速ｎ较低时,依据现行强度设计理论的计算结果远远不能满足润滑要求,建议此时依照本文提出的摩擦学设计模型进行设计；当齿轮转速ｎ较高时,现行强度设计结果可基本满足润滑要求；当齿轮传动处于中速状态时,为了能满足润滑要求,需对按现行强度理论设计所得尺寸增大50%以上。 3.在保持齿轮转速、精度等级、传递功率(载荷)、润滑剂粘度固定不变的前提下,基于润滑设计和摩擦学设计两种模型所得d值随着油膜比厚λ的增加近乎呈线性增大。 4.在相同的工况条件下,齿轮精度等级越高,小轮分度圆直径d就越小,但齿轮精度等级对设计结果的影响并不十分明显。当精度等级从7级增至6级时,d值约减小10%左右。 5.随着润滑剂粘度77的增大,小齿轮分度圆直径d单调下降。尤其是当粘度770.15(Pa·s)时,d随77的提高急剧减小；此后,d值下降趋势非常缓慢。因此,在一定的工况条件下,一味追求使用高粘度润滑剂,只能取得事倍功半之效果。 本文的创新点是开发了计算机程序并建立了人机对话界面,只要给定齿轮传动基本参数,应用本程序即可在数秒钟内自动完成渐开线斜齿圆柱齿轮传动的强度设计、润滑设计与摩擦学设计。不足之处是在建立润滑设计模型时,未能考虑齿面粗糙度效应及齿面瞬态热效应,直接影响了润滑设计模型的实用性。此外,在低速条件下,依据本文建立的摩擦学设计模型算出的齿轮尺寸偏大,这会明显提高生产成本,而此成本是否远远低于因齿轮传动使用寿命延长所产生的经济效益有待进一步核算。
【关键词】：齿轮传动 润滑设计 强度设计 主动摩擦学设计
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 符号说明8-11
• 目录11-14
• 第一章 国内外同类研究的综述及本项研究概况14-26
• 1.1 弹流润滑理论的发展14-15
• 1.2 齿轮传动弹流润滑的研究15-17
• 1.3 摩擦学研究动态、意义及其展望17-24
• 1.3.1 摩擦学研究发展动态及其在工程中应用17-19
• 1.3.2 摩擦学的研究意义19-20
• 1.3.3 齿轮传动摩擦学设计的研究动态及其展望20-24
• 1.4 本文研究内容24-26
• 第二章 斜齿圆柱齿轮传动接触疲劳强度设计26-34
• 2.1 线接触问题的弹性力学基础26-29
• 2.1.1 几何模拟与弹性模拟26-28
• 2.1.2 接触应力与接触尺寸28-29
• 2.2 斜齿圆柱齿轮传动的齿面接触疲劳强度计算29-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第三章 斜齿圆柱齿轮传动的润滑设计及摩擦学设计34-48
• 3.1 弹流润滑的基本方程34-38
• 3.1.1 雷诺(Reynolds)方程34-35
• 3.1.2 分布压力下的弹性变形方程35-38
• 3.1.3 载荷平衡方程38
• 3.1.4 润滑油密度方程38
• 3.1.5 粘度方程38
• 3.2 线接触弹流润滑特点以及各参数对其影响38-40
• 3.2.1 弹流油膜的特点——压力分布和油膜形状38-39
• 3.2.2 各种工况参数对弹流润滑的影响39-40
• 3.3 弹流润滑问题的有关理论及其方程40-43
• 3.3.1 Martin理论40-41
• 3.3.2 格鲁宾理论41
• 3.3.3 道森(Dowson)——希金森(Higginson)理论41-42
• 3.3.4 杨沛然和温诗铸的最小膜厚计算42-43
• 3.4 润滑条件的判断准则及设计公式43-45
• 3.4.1 润滑条件的判断准则43-44
• 3.4.2 润滑设计公式44-45
• 3.5 摩擦学设计公式45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 程序开发及界面建立48-62
• 4.1 界面建立48-49
• 4.2 程序开发49-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 设计示例及其结果分析62-80
• 5.1 计算实例62
• 5.2 不同传递功率时的计算结果及其分析62-73
• 5.2.1 功率P=100(KW)(对应的赫兹应力σ_H=0.74(Gpa))时的计算结果及其分析62-64
• 5.2.2 功率P=150(KW)(对应的赫兹应力σ_H=0.905(Gpa))时的计算结果及其分析64-66
• 5.2.3 功率P=210(KW)(对应的赫兹应力σ_H=1.07(Gpa))时的计算结果及其分析66-68
• 5.2.4 功率P=310(KW)(对应的赫兹应力σ_H=1.3(Gpa))时的计算结果及其分析68-70
• 5.2.5 功率P=360(KW)(对应的赫兹应力σ_H=1.4(Gpa))时的计算结果及其分析70-73
• 5.3 不同精度等级时的计算结果及其分析73-75
• 5.4 小轮直径d与油膜比厚λ的关系75-77
• 5.5 小轮直径d与环境黏度η的关系77-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第六章 研究结论及展望80-82
• 6.1 主要研究结论80-81
• 6.2 本项工作研究不足及今后研究展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86-88
• 攻读硕士学位期间发表的论文88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 鲍培德;谢俊;尹小琴;杨启志;马履中;;内啮合齿轮传动的弹流润滑[J];机械设计与研究;2011年02期

2 朱汉华,周劲南,刘正林,严新平;摩擦学设计准则及其应用实例[J];武汉理工大学学报(交通科学与工程版);2003年02期

3 孙青云;齿轮摩擦学的研究现状与展望[J];机械传动;2003年03期

4 卢立新,阙师鹏,蔡莹,张和豪;齿轮几何参数对齿轮传动弹流润滑性能的影响[J];机械传动;1998年01期

5 诸文俊,温正忠,范顺成;齿轮传动的摩擦学设计[J];机械科学与技术;1999年03期

6 温诗铸;我国摩擦学研究的现状与发展[J];机械工程学报;2004年11期

7 陈海真,曲庆文;高副传动摩擦学设计的探讨[J];机械研究与应用;2002年04期

8 张嗣伟;;绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望[J];摩擦学学报;2011年04期

9 陈海真;基于摩擦学的齿轮传动设计[J];农机化研究;2005年05期

10 付振山;冯显英;李蕾;张成梁;;钢球滚子弧面分度凸轮机构弹流润滑分析[J];农业机械学报;2011年06期

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本文编号：722490