基于实测数据的齿面粗糙度效应探析

发布时间：2017-09-12 15:17

  本文关键词：基于实测数据的齿面粗糙度效应探析

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【摘要】：目前渐开线圆柱齿轮传动接触疲劳强度的设计是以著名的Hertz理论为基础的,而该理论仅适用于一对光滑表面之间的干接触。齿面粗糙度的存在,必然会对轮齿接触应力产生影响。因此,在研究齿轮传动弹流润滑时必须考虑齿面粗糙度效应。 在探讨齿面粗糙度效应时,多数学者往往假定齿面粗糙峰谷呈正(余)弦分布或人为假定齿面存在单(多)个粗糙峰,这虽有助于降低计算难度,但与齿面粗糙峰谷分布的实际状况有较大差距。本文首先采用粗糙度轮廓分析仪测得了试件表面粗糙度,接着用傅立叶变换非线性逼近法建立了齿面粗糙度函数,然后将此函数叠加到油膜厚度方程中建立了齿轮传动混合弹流润滑模型；基于此模型,分别采用多重网格法、多重网格积分法与逐列扫描法计算齿面压力分布、油膜厚度及温度分布；基于此,应用弹性接触理论,求得了渐开线直齿圆柱轮齿接触区次表面应力分布。通过135组数值计算,从理论上分别探讨了润滑剂粘度、齿面粗糙度大小和纹理方向对轮齿接触应力及齿面油膜厚度的影响,形成了如下主要研究结果： (1)在其它齿轮传动参数固定不变的前提下,随着润滑剂粘度的增大,齿面压力与油膜厚度波动幅度及次表面应力集中现象均逐渐减弱；齿轮传动润滑状态逐渐从边界润滑历经混合润滑到全膜润滑。当油膜比厚λ≤4.0时,轮齿接触应力随油膜比厚的增大以抛物线规律减小。这表明：在一定的工况条件下,增大润滑剂粘度有助于提高齿轮传动接触疲劳寿命。 (2)不同的机械加工方法会形成不同的表面粗糙纹理。对同一粗糙度数值,纵向粗糙纹理齿面压力波动及次表面应力集中现象要比横向粗糙纹理齿面剧烈。纵向粗糙纹理齿面的平均油膜厚度小于光滑齿面的膜厚值,而横向粗糙纹理齿面的平均油膜厚度反而大于光滑齿面的膜厚值。随着齿面粗糙度均方根值σ的增大,纵向粗糙纹理齿面平均油膜厚hav逐渐减小,而横向粗糙纹理齿面平均油膜厚度hav不断增大。随着油膜比厚λ的增大,粗糙齿面与光滑齿面平均油膜厚度比值hav/has的变化幅度逐渐趋缓；当λ5后,hav/has逐渐趋近于1,即粗糙齿面与光滑齿面的平均油膜厚度趋于一致。 (3)当粗糙齿面接触时,无论粗糙纹理方向呈纵向还是横向,其轮齿接触区次表面主剪应力最大值τmax始终大于光滑齿面接触时的相应值。当齿面粗糙度均方根值σ0.2(μm)时,齿面粗糙度对轮齿接触应力影响甚微；当σ0.2(μm)后,随着σ的增大,τmax增幅明显；尤其是当6≥0.55(μm)时,粗糙齿面接触时的τmax值比光滑齿面接触时的相应值增大70-90%,其中纵向粗糙纹理所对应的τmax大于横向粗糙纹理所对应的τmax值。这里,有必要指出,为了考虑齿面粗糙度的影响,渐开线圆柱齿轮承载能力计算国际标准(ISO/6336：1996)以及相应国家标准(GB3840-1997)中均推荐了粗糙度系数ZR,但当齿面粗糙度数值成倍增加时,ZR之值仅变化5%,显然难以反映齿面粗糙度对轮齿接触应力的显著影响,故该系数的科学性有待商榷。 (4)综上所述,在粗糙度数值相同的条件下,横向粗糙纹理齿面的润滑效果要优于纵向粗糙纹理齿面。 文末,通过对计算结果的回归分析,分别在横向、纵向两种粗糙纹理状态下,建立了轮齿接触应力及齿面平均油膜厚度与油膜比厚、齿面粗糙度之间的定量关系。 本文的创新点在于基于实测的表面粗糙度数据,系统建立了轮齿接触应力与齿面粗糙度大小及其纹理方向之间的定量关系。此外,在数值计算过程中同时考虑了润滑、齿面摩擦、齿面粗糙度以及由此引起的动态特性等多种因素的影响,使研究结果更贴近齿轮传动的实际工况。 本研究的不足之处是理论研究结果尚未得到实验验证。
【关键词】：实测粗糙度数据 齿面粗糙纹理 粗糙度效应 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】：2013
【分类号】：TH132.41;TH117
【目录】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 引言13
• 1.2 弹流润滑数值计算方法的研究13-16
• 1.3 齿轮传动非稳态效应研究16-17
• 1.4 齿面粗糙度效应研究17-19
• 1.5 本文研究工作19-21
• 1.5.1 研究内容19
• 1.5.2 研究意义19-21
• 第二章 齿轮传动润滑模型建立及基本方程构建21-41
• 2.1 齿轮传动润滑模型的建立21-25
• 2.1.1 综合曲率半径22-23
• 2.1.2 卷吸速度与滚滑比23-25
• 2.2 齿面粗糙度函数的建立25-27
• 2.3 弹流润滑基本方程组27-35
• 2.3.1 润滑剂的流变学模型27-28
• 2.3.2 Reynolds方程28-29
• 2.3.3 粘度方程29-30
• 2.3.4 密度方程30
• 2.3.5 油膜厚度方程30-32
• 2.3.6 载荷方程32-33
• 2.3.7 油膜内剪切应力方程33-34
• 2.3.8 能量方程和界面方程34-35
• 2.4 基本方程的量纲一化35-39
• 2.5 本章小结39-41
• 第三章 弹流润滑数值计算方法41-59
• 3.1 多重网格法及齿面压力分布的计算41-49
• 3.1.1 多重网格法的基本原理与Reynolds方程的离散41-42
• 3.1.2 限制和延拓42-45
• 3.1.3 基本方程的离散及其缺陷方程45-46
• 3.1.4 压力的松弛迭代46-49
• 3.2 多重网格积分法及油膜厚度的计算49-52
• 3.2.1 多重网格积分法的基本原理49
• 3.2.2 多重网格积分法计算弹性变形49-52
• 3.3 逐列扫描法及温度场分布的计算52-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 齿面粗糙度对齿轮传动弹流润滑的影响59-85
• 4.1 接触区次表面应力分布的数值计算59-61
• 4.2 输入参数的确定61-64
• 4.3 粘度对齿轮传动润滑效应的影响64-70
• 4.4 粗糙齿面纹理方向对齿轮传动润滑效应的影响70-78
• 4.5 数值计算结果回归分析78-83
• 4.5.1 接触应力τ_(max)与油膜比厚λ之间定量关系的建立78-79
• 4.5.2 横、纵粗糙纹理齿面油膜厚度比值h_(av)/h_(as)与λ之间关系的建立79-81
• 4.5.3 横、纵粗糙纹理齿面接触应力τ_(max)与粗糙度σ之间关系的建立81
• 4.5.4 回归方程的显著性检验81-83
• 4.6 本章小结83-85
• 第五章 研究结论与展望85-87
• 5.1 研究结论85-86
• 5.2 本项工作研究不足及今后研究展望86-87
• 参考文献87-93
• 致谢93-95
• 攻读硕士学位期间发表的论文95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

1 王优强;衣雪鹃;杨沛然;;渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑分析[J];机械工程学报;2007年11期

2 王优强;卞荣;;连续波状粗糙度对直齿轮热弹流润滑的影响[J];机械工程学报;2009年08期

3 王优强,苏海滨,宋开利,黄丙习;齿轮弹流润滑分析的简化算法[J];煤矿机械;2005年01期

4 王晓力,温诗铸,桂长林;基于平均流动模型的广义雷诺方程[J];润滑与密封;1998年03期

5 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

6 贺治成;杨萍;王优强;;粗糙峰和粗糙谷对直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响[J];润滑与密封;2007年07期

7 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

8 畅通;王优强;;考虑粗糙度的直齿圆柱齿轮热混合润滑分析[J];润滑与密封;2009年04期

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本文编号：837972