【摘要】：近年來齒輪傳動朝著高速重載方向發(fā)展。齒輪傳動系統(tǒng)在傳動過程中由于嚙合齒面間的相對滑動而產(chǎn)生的摩擦熱對系統(tǒng)性能的影響已越發(fā)不容忽視。目前對該領(lǐng)域的研究主要集中在系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)及熱特性等單一場態(tài)性能的研究之上,而忽視了熱力學(xué)與靜力、動力學(xué)性能的相互影響研究。本文基于齒輪嚙合原理、摩擦學(xué)、傳熱學(xué)、彈性力學(xué)和熱彈性力學(xué)理論等,利用數(shù)值計(jì)算、有限元仿真及實(shí)驗(yàn)研究等方法,研究熱對齒輪傳動系統(tǒng)各性能的影響,并利用模糊設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法對輪齒進(jìn)行多目標(biāo)的綜合修形設(shè)計(jì)。其主要內(nèi)容如下:(1)基于摩擦學(xué)和傳熱學(xué)等理論基礎(chǔ),探討了齒輪嚙合過程中熱的產(chǎn)生及傳熱機(jī)理,研究了齒輪的齒面閃溫、本體溫度場及齒面瞬時接觸溫度等系統(tǒng)熱特性,并對各個熱特性的影響因素及影響機(jī)理進(jìn)行了研究。同時分析了齒廓修形對各熱特性的影響,得到了以各個熱特性為單目標(biāo)的最佳齒廓修形參數(shù)。(2)結(jié)合胡克定律及赫茲接觸理論對齒輪剛度的定義進(jìn)行了推廣,提出了齒輪熱剛度的概念。定義齒輪熱剛度為引起單位熱彈耦合變形量的外載荷的大小。結(jié)合系統(tǒng)熱特性的研究成果,推導(dǎo)得到了齒輪單齒熱剛度及嚙合熱剛度的計(jì)算公式,并用有限元方法和實(shí)驗(yàn)研究方法對其進(jìn)行了驗(yàn)證。同時對修形后的熱剛度以及熱對系統(tǒng)靜態(tài)特性的影響進(jìn)行了研究。(3)研究了熱彈性耦合條件下齒輪傳動系統(tǒng)的熱動態(tài)特性�；趲靵鲎枘崮Ｐ徒⒘她X輪傳動系統(tǒng)的等效粘性阻尼模型,并通過潤滑油的粘溫特性在等效粘性阻尼模型中引入熱因素的影響,獲得了系統(tǒng)等效粘性熱阻尼的計(jì)算方法。通過引入齒輪時變嚙合熱剛度及等效時變粘性熱阻尼等建立了系統(tǒng)熱彈耦合動力學(xué)模型,得到了系統(tǒng)的熱動態(tài)響應(yīng),研究了阻尼、轉(zhuǎn)速等對系統(tǒng)熱動態(tài)特性的影響。同時將齒廓修形量當(dāng)做系統(tǒng)靜態(tài)誤差的一部分,提出了一種新的齒廓修形后系統(tǒng)動力學(xué)建模方法——當(dāng)量靜態(tài)誤差法,并據(jù)此建立了齒廓修形后的系統(tǒng)熱彈耦合動力學(xué)模型,獲得了齒廓修形后的系統(tǒng)熱動態(tài)特性,研究得到了熱彈耦合條件下以系統(tǒng)熱動態(tài)特性為目標(biāo)的最佳修形參數(shù)。(4)綜合考慮修形對系統(tǒng)靜態(tài)特性、動態(tài)特性及熱特性的影響,提出了輪齒多目標(biāo)綜合修形方法,并基于模糊綜合決策理論建立了輪齒多目標(biāo)綜合修形設(shè)計(jì)模型,同時為了得到更加普適的結(jié)果,研究了幾何參數(shù)和工況參數(shù)等對多目標(biāo)綜合修形模型的影響,通過引入修形量的修正系數(shù)Xc,給出了多目標(biāo)條件下綜合修形量的計(jì)算公式,得到了輪齒多目標(biāo)綜合修形的修形方法及綜合最佳修形參數(shù)。(5)基于FZG齒輪試驗(yàn)機(jī)搭建了齒輪傳動系統(tǒng)的熱振實(shí)驗(yàn)平臺,對齒輪傳動系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,測試了系統(tǒng)在不同載荷與不同轉(zhuǎn)速等多種綜合工況下的熱特性和動態(tài)特性,并根據(jù)測試數(shù)據(jù)研究了載荷與轉(zhuǎn)速對系統(tǒng)的熱特性及動態(tài)特性的影響,同時提取不同溫度狀態(tài)下的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng),研究了熱(溫度)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論及仿真數(shù)據(jù)的對比分析,驗(yàn)證了本文提出的熱剛度及熱彈耦合動力學(xué)模型的正確性。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41
【圖文】：

Ｉ逡逑Ｉ逡逑圖３－１輪齒當(dāng)置齒形模型逡逑圖３－１為輪齒的當(dāng)量齒形模型，如圖所示，為輔助尺寸，是兩梯形邊逡逑的延伸交點(diǎn)到矩形底的距離，＼為嚙合點(diǎn)高，？為矩形高，／７為齒高，＼為逡逑齒根厚，＼為齒頂厚，％為嚙合點(diǎn)的載荷作用角。以上尺寸的計(jì)算公式如下：逡逑（１）

坐標(biāo)值為幾ｉ＝－ｌ，Ｎ２點(diǎn)的歸一化坐標(biāo)值為齒輪副的傳動比ｍ，即廠ｎ２＝ｍ。逡逑圖３－２外嚙合齒輪嚙合線歸一化坐標(biāo)示意圖逡逑根據(jù)歸一化坐標(biāo)的定義并結(jié)合圖３－１所示的幾何尺寸關(guān)系，可推導(dǎo)出嚙逡逑合線上任意一點(diǎn)尺的歸一化坐標(biāo)廠Ａ．的計(jì)算公式，如式（３－２０）所示。逡逑ｒ邋＿邋ＣＡ：邋＿邋Ｎ＾－Ｎ．Ｃ邋ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ａＫＸ邋－邋ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ｏｒｃ邋＿邋ｔａｎ邋ａＫ，邋＾邐（３２0）逡逑ｋ邐ＮＣ邋ＮＣ邐ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ａｃ邐ｔａｎ邋ａｃ逡逑式中，為節(jié)圓壓力角，為嚙合點(diǎn)對應(yīng)的主動輪壓力角，可由式逡逑（３－２１）計(jì)算得到。逡逑ａＫｉ邋＝邋ａｒｃｃｏｓ邐（３－２１）逡逑、ｒＫｉ邋／逡逑根據(jù)式（３－２０）可計(jì)算得到各關(guān)鍵嚙合點(diǎn)的（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）的歸一化坐標(biāo)逡逑如下：逡逑廠Ａ＝７＾邋灰邋ｆ邋－１邋ｙ／ｔａｎ？ｃ邋－１邐（３－２２）逡逑廠￡邋＝邐－１／ａｎ？ｃ－ｌ邐（３－２３）逡逑／邋Ｊ逡逑ｒＢ邋＝邋ｒＥ邋－－（３－２４）逡逑Ｚｊ邋ｔａｎａｃ逡逑ｒＤ邋＝邋ｒＡ＋邋ｌｎ邋—邐（３－２５）逡逑ｚｘ邋Ｘ＾ｎａｃ逡逑結(jié)合以上分析，并利用ＭＡＴＬＡＢ軟件編寫齒輪剛度的計(jì)算程序，便可逡逑繪制出一個完整的嚙合周期內(nèi)齒輪剛度沿嚙合線的分布曲線，如圖３－３所示。逡逑表３－１為研究對象——直齒圓柱齒輪副的主要參數(shù)。逡逑－２１－逡逑

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