本文關鍵詞： W-M分形函數(shù) 彈流潤滑 粗糙齒面 重載齒輪傳動　出處：《太原理工大學》2012年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：現(xiàn)行齒輪傳動接觸疲勞強度設計基于僅僅適用于光滑表面干接觸的赫茲(Hertz)理論。然而,絕大部分齒輪傳動都處于混合潤滑狀態(tài),即在兩接觸齒面之間既存在著將其分開的潤滑油膜又存在著直接碰撞的粗糙峰,這顯然與Hertz理論有很大的區(qū)別。因此,對齒輪傳動進行混合彈流潤滑研究既完全必要又有很強的理論意義。 在探討齒輪傳動混合彈流潤滑時,研究人員往往在齒面上人為設定一個或多個粗糙峰或用正(余)弦函數(shù)表征齒面粗糙度分布,這無疑與齒面粗糙紋理真實形狀有較大差距。本文采用W-M分形函數(shù)模擬齒面粗糙紋理,以生成粗糙度函數(shù)并將其疊加到油膜厚度方程中；然后,采用多重網(wǎng)格法計算壓力分布、采用多重網(wǎng)格積分法和逐列掃描法分別計算油膜厚度和溫度分布；接著,以某礦用重載齒輪傳動為例,數(shù)值計算了沿嚙合線5個特殊點處的齒面壓力分布、油膜厚度及輪齒接觸區(qū)次表面的應力分布。此外,本文還通過多組數(shù)值計算,從理論上分別探討了齒面粗糙度和潤滑劑粘度對輪齒接觸應力和齒面油膜厚度的影響,并通過回歸分析,獲得了彼此之間的定量關系�？偨Y本文研究成果,可得如下研究結論： (1)在計入齒面粗糙度效應后,齒面壓力分布及接觸區(qū)次表面應力分布與Hertz分布差異顯著。因此,現(xiàn)行以Hertz理論為基礎設計齒輪傳動接觸疲勞強度的做法有待完善。 (2)嚙入點是齒輪傳動嚙合線上的危險點,因為該處的油膜厚度最小且接觸應力最大。因此,以節(jié)點參數(shù)為依據(jù)進行齒輪傳動接觸疲勞強度設計的做法值得商榷。 (3)隨著齒面粗糙度的增加,平均油膜厚度幾乎呈線性增加,而接觸區(qū)次表面主剪應力的最大值則是先逐漸降低然后再不斷變大,即二者之間呈拋物線關系。因此,當齒面光潔度達到一定值后,再一味提高齒面加工質量并不能達到延長齒輪傳動疲勞壽命之目的。 (4)齒面粗糙度會使壓力分布與油膜厚度產(chǎn)生鋸齒形波動,且潤滑劑粘度愈低,波動愈劇烈。在其它參數(shù)固定不變的情況下,隨著潤滑劑粘度的增加,齒輪傳動潤滑狀態(tài)從邊界潤滑歷經(jīng)混合潤滑逐漸過渡到全膜潤滑。因此,在一定的工礦條件下,提高潤滑劑粘度可有效降低齒面接觸應力,從而提高齒輪傳動接觸疲勞壽命。
[Abstract]:The current design of contact fatigue strength of gear transmission is based on Hertz Hertzian theory, which is only suitable for dry contact of smooth surface. However, most gear drives are in mixed lubrication state. That is to say, there is a rough peak between the two contact tooth surfaces that separate the lubricant film and collide directly, which is obviously different from the Hertz theory. It is necessary and theoretical to study the hybrid elastohydrodynamic lubrication of gear transmission. When discussing the hybrid elastohydrodynamic lubrication of gear transmission, researchers often set one or more rough peaks on the tooth surface or use the sine (cosine) function to characterize the roughness distribution of the tooth surface. In this paper, W-M fractal function is used to simulate the rough texture of tooth surface to generate roughness function and superposition it into the oil film thickness equation. Then, the pressure distribution is calculated by multi-grid method, and the oil film thickness and temperature distribution are calculated by multi-grid integration method and row by row scanning method respectively. Then, taking a mine heavy-duty gear drive as an example, the distribution of tooth surface pressure, oil film thickness and the stress distribution in the contact area of gear teeth along five special points of the meshing line are numerically calculated. The effects of tooth surface roughness and lubricant viscosity on contact stress and oil film thickness of tooth surface are discussed theoretically by multi-group numerical calculation, and regression analysis is carried out. The quantitative relationship between each other is obtained. After summarizing the research results of this paper, the following conclusions can be obtained: 1) after the tooth roughness effect is taken into account, the distribution of tooth surface pressure and sub-surface stress in contact area is significantly different from that of Hertz distribution. The method of designing contact fatigue strength of gear transmission based on Hertz theory needs to be improved. Erosion-in point is the dangerous point on the meshing line of gear transmission because the oil film thickness is the minimum and the contact stress is the largest. The design of contact fatigue strength of gear transmission based on joint parameters is debatable. 3) with the increase of tooth surface roughness, the average oil film thickness almost linearly increases, while the maximum of the main shear stress on the subsurface of the contact area decreases gradually and then becomes larger. That is, the relationship between them is parabola. Therefore, when the finish of tooth surface reaches a certain value, it is not possible to prolong the fatigue life of gear transmission by blindly improving the machining quality of tooth surface. The roughness of tooth surface will cause sawtooth shape fluctuation between pressure distribution and oil film thickness, and the lower the lubricant viscosity, the more violent the fluctuation. When other parameters are fixed, the viscosity of lubricant increases with the increase of lubricant viscosity. The lubrication state of gear transmission is gradually transferred from boundary lubrication through mixed lubrication to full film lubrication. Therefore, under certain industrial and mineral conditions, increasing the viscosity of lubricant can effectively reduce the contact stress of tooth surface. Thus, the contact fatigue life of gear transmission is improved.
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TH132.41

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