本文關(guān)鍵詞：雙粗糙齒面接觸時的彈流潤滑數(shù)值分析，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)行齒輪傳動等高副接觸機(jī)械零件的應(yīng)力計(jì)算是基于光滑表面的假設(shè)進(jìn)行的。然而,在工程實(shí)際中絕對光滑的表面是不存在的;且接觸表面間的油膜厚度與一般金屬切削工藝所形成的表面粗糙度常處于同一數(shù)量級,這些凹凸不平的粗糙峰谷必然會引起接觸應(yīng)力的動態(tài)變化。鑒此,國內(nèi)外學(xué)者對接觸表面的粗糙度效應(yīng)進(jìn)行了深入探討。但是,為了降低研究難度,他們在計(jì)算中大多假定一個表面粗糙而另一個表面是光滑的,這顯然與實(shí)際工況有較大差異。因此,對此課題做進(jìn)一步研究是完全必要的。本文基于兩齒輪齒面粗糙度均呈余弦分布的假設(shè),構(gòu)建了漸開線直齒圓柱齒輪傳動混合熱彈流潤滑模型�；诖四Ｐ�,在保持其它參數(shù)固定不變的情況下,應(yīng)用彈性接觸理論及多重網(wǎng)格法等數(shù)值技術(shù)分析了粗糙度峰高、波長以及傳動比對齒輪傳動潤滑參數(shù)的影響;接著,通過102組數(shù)值計(jì)算,分別建立了節(jié)點(diǎn)處平均油膜厚度av,rh、最大主剪應(yīng)力max,r?與兩齒面粗糙度峰高比值/b aA A、波長比值/b aL L之間的定量關(guān)系。分析、總結(jié)本文研究內(nèi)容,可得出如下結(jié)論:(1)沿齒輪傳動嚙合線從嚙入點(diǎn)到嚙出點(diǎn)方向,粗糙齒面的主剪應(yīng)力分布先呈鋸齒狀波動上升,在節(jié)點(diǎn)附近達(dá)到最大值后再波動下降;隨著粗糙度峰高的增大或波長的減小,max,r?之值隨之增大,且主剪應(yīng)力分布的波動幅度也逐漸趨于劇烈。(2)由于橫向粗糙紋理的“泵效應(yīng)”,使得粗糙齒面的平均油膜厚度av,rh總體上大于光滑齒面的膜厚值av,sh。粗糙度峰高越大,av,rh與av,sh之間的差異就越大;然而,av,rh與av,sh的差異與粗糙度波長并無明顯關(guān)系。此外,沿齒輪傳動嚙合線從嚙入點(diǎn)到嚙出點(diǎn)方向,av,rh總體上呈鋸齒狀持續(xù)上升,這就意味著av,rh的最小值發(fā)生在嚙入點(diǎn)。因此,現(xiàn)行的以節(jié)點(diǎn)處油膜厚度數(shù)值作為齒輪潤滑設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的做法值得商榷。(3)若保持其它參數(shù)固定不變,隨著齒輪傳動比的增大,平均油膜厚度在增大而最大主剪應(yīng)力在減小。所以,齒輪傳動比的適當(dāng)增大有利于齒輪傳動接觸疲勞壽命的提高。(4)隨著兩齒面粗糙度波長比的增大,平均油膜厚度av,rh一直在震蕩變化;當(dāng)/ball3.75后,這種波動逐漸趨于平緩。對于接觸區(qū)次表面最大主剪應(yīng)力max,r?而言,當(dāng)/ball0.87時,max,r?隨/ball的增大急劇減小;當(dāng)0.87/ball3.75時,max,r?小幅震蕩;當(dāng)/ball3.75后,max,r?基本趨于平穩(wěn)�？梢�,保持/ball3.75既可減少齒面油膜厚度和次表面主剪應(yīng)力的波動,還有助于降低齒輪傳動的接觸疲勞應(yīng)力。(5)平均油膜厚度av,rh與粗糙度峰高比值/baaa、粗糙度綜合峰高a(a=22aba?a)之間均呈二次曲線關(guān)系。當(dāng)/baaa1.5(a0.36)時,av,rh單調(diào)減小;當(dāng)/baaa≈1.5(a≈0.36)時,av,rh取得最小值;當(dāng)/baaa1.5(a0.36)后,av,rh單調(diào)上升。(6)接觸區(qū)次表面最大主剪應(yīng)力max,r?與/baaa、a之間均呈近似線性關(guān)系。當(dāng)/baaa≈3時所對應(yīng)的max,r?比/baaa≈1所對應(yīng)的max,r?大70%以上。由此推知:為了提高齒輪傳動的接觸疲勞壽命,在提高齒面加工精度的同時,還應(yīng)使兩齒面粗糙度大小盡量保持一致。此外,本文通過對數(shù)值計(jì)算結(jié)果的回歸分析,還分別建立了輪齒接觸應(yīng)力、齒面平均油膜厚度與粗糙度峰高比值、粗糙度綜合峰高之間的函數(shù)關(guān)系。研究結(jié)果對完善齒輪傳動接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)理論具有積極意義。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于探討了雙粗糙齒面接觸時的齒輪潤滑效應(yīng)。不足之處是囿于數(shù)值計(jì)算收斂問題,粗糙度峰高與波長的取值方面具有一定的局限性。此外,雖然余弦函數(shù)已比較接近真實(shí)的齒面粗糙形貌,但彼此之間畢竟存在一定差異,致使數(shù)值計(jì)算結(jié)果尚難以完全反映齒輪傳動的實(shí)際工況。
【關(guān)鍵詞】：齒輪傳動 彈流潤滑 余弦函數(shù) 雙粗糙齒面
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH132.41
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 緒論14-22
• 1.1 引言14
• 1.2 彈流潤滑理論的提出14
• 1.3 彈流潤滑理論的數(shù)值計(jì)算方法14-17
• 1.4 基于穩(wěn)態(tài)彈流理論下對齒輪傳動的研究17-18
• 1.5 非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下的齒輪傳動潤滑研究18-19
• 1.6 齒面粗糙度效應(yīng)的研究19-20
• 1.7 本文研究的內(nèi)容和意義20-22
• 第二章 研究模型與基本方程的建立22-40
• 2.1 彈流潤滑基本模型的建立22-27
• 2.1.1 漸開線直齒圓柱齒輪的形成22
• 2.1.2 漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合傳動22-23
• 2.1.3 綜合曲率半徑的計(jì)算23-25
• 2.1.4 卷吸速度與滑滾比的計(jì)算25-27
• 2.2 彈流潤滑基本方程組的建立27-34
• 2.2.1 潤滑油及其特性27-28
• 2.2.2 Reyonlds方程28-29
• 2.2.3 粘度方程29
• 2.2.4 密度方程29-30
• 2.2.5 粗糙度函數(shù)30
• 2.2.6 油膜厚度方程30-32
• 2.2.7 載荷方程32
• 2.2.8 油膜內(nèi)剪切應(yīng)力方程32-33
• 2.2.9 能量方程與界面方程33-34
• 2.3 基本方程的量綱一化34-40
• 第三章 齒輪彈流潤滑數(shù)值求解過程40-58
• 3.1 多重網(wǎng)格法求解齒面壓力40-48
• 3.1.1 多重網(wǎng)格法的基本原理40-41
• 3.1.2 求解缺陷方程及循環(huán)過程41-43
• 3.1.3 彈流潤滑基本方程的離散及缺陷方程43-45
• 3.1.4 壓力的松弛迭代45-46
• 3.1.5 載荷方程的應(yīng)用46-48
• 3.2 多重網(wǎng)格積分法求解彈性變形48-51
• 3.2.1 多重網(wǎng)格積分法的基本原理48
• 3.2.2 雙層重網(wǎng)格積分求解彈性變形48-50
• 3.2.3 雙層網(wǎng)格向多層網(wǎng)格的推廣50-51
• 3.3 溫度場分布的計(jì)算51-55
• 3.4 總體計(jì)算流程55-58
• 第四章 雙粗糙齒面的彈流潤滑分析58-84
• 4.1 接觸區(qū)次表面應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算58-59
• 4.2 齒輪傳動及潤滑油參數(shù)59-61
• 4.3 光滑齒面與粗糙齒面潤滑參數(shù)的比較分析61-63
• 4.4 粗糙形貌和傳動比對潤滑參數(shù)的影響63-70
• 4.4.1 峰高對平均油膜厚度和最大主剪應(yīng)力的影響63-66
• 4.4.2 波長對平均油膜厚度和最大主剪應(yīng)力的影響66-69
• 4.4.3 傳動比對平均油膜厚度和最大主剪應(yīng)力的影響69-70
• 4.5 粗糙度參數(shù)比值對潤滑參數(shù)的影響70-79
• 4.5.1 波長比值變化對潤滑參數(shù)的影響70-73
• 4.5.2 峰高比值變化對潤滑參數(shù)的影響73-77
• 4.5.3 粗糙解與光滑解之比與粗糙度參數(shù)之間的關(guān)系77-79
• 4.6 計(jì)算結(jié)果回歸分析79-84
• 第五章 研究結(jié)論與展望84-86
• 5.1 主要研究結(jié)論84-85
• 5.2 本文研究不足及研究展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-90
• 致謝90-92
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文92

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本文編號：491634