盾构机减速器行星轮系热分析

摘要

本课题来源于国家“863”高技术研究发展计划资助项目“土压平衡盾构大功率减速器”(2007AA041802)。随着我国经济发展和城市建设步伐的加快，对地下空间的开发利用日益迫切，目前我国已成为世界上盾构机需求量最大的国家。作为土压平衡盾构机的关键主传动部件，行星齿轮传动系统具有可靠性高、扭矩大、功率密度高、体积小等优点。但由于摩擦生热较多，齿轮轮齿承受较高的热负荷，过高的温度不仅会引起轮齿热变形，还会严重影响轮齿的润滑效果和传动性能。另外，齿面温度过高，也是引起胶合的主要因素之一。因此，研究行星轮系的温度场问题具有十分重要的意义。
　　论文基于齿轮啮合原理、摩擦学、传热学、赫兹接触等理论，利用有限元模拟仿真与理论分析计算相结合的手段，以盾构机减速器行星轮系中的太阳轮为例，对齿轮本体温度及闪温进行了系统的分析。
　　本文的主要研究内容如下：
　　①研究了啮合过程中太阳轮与行星轮间的相对滑动速度及齿面摩擦系数的变化规律，推导了齿轮齿面接触应力模型。
　　②精确计算了齿轮不同啮合位置的摩擦热流密度及齿轮端面、齿轮齿面等区域的对流换热系数；
　　③分析了标准齿廓和修形齿廓对接触应力、摩擦热流密度及温度场的影响；
　　④建立了齿轮本体温度场有限元分析模型，获得了齿轮稳态温度场，系统讨论了输入转速、载荷、油温等因素对齿轮本体温度场的影响；
　　⑤在稳态热分析的基础上，采用有限元法进行瞬态热分析，得到了啮合过程中轮齿齿面瞬时温度分布，为齿轮胶合验算提出了新的方法。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 温度场的研究方法

1.4 有限元方法及相关软件

1.5 主要研究内容

2 齿轮边界条件及导热微分方程

2.1 引言

2.2 基本结构及传动原理

2.3 模型简化

2.4 热量传递基本方式

2.5 各边界导热微分方程

2.6 小结

3 齿面摩擦热流密度计算

3.1 引言

3.2 相对滑动速度分析

3.3 基于赫兹理论的齿面接触应力分析

3.4 摩擦系数及热分配系数

3.5 摩擦热流量计算

3.6 小结

4 齿轮对流换热系数分析

4.1 引言

4.2 齿轮端面对流换热系数

4.3 齿轮齿面对流换热系数

4.4 齿轮其他表面对流换热系数

4.5 小结

5 齿轮本体温度场及影响因素分析

5.1 引言

5.2 有限元分析模型的建立

5.3 齿轮本体温度场热平衡方程

5.4 轮齿边界条件的定义

5.5 齿轮本体温度场分布

5.6 齿轮本体温度场影响因素分析

5.7 小结

6 齿轮齿面闪温分析

6.1 引言

6.2 BLOK闪温理论

6.3 齿轮瞬态温度场热平衡方程

6.4 齿轮瞬时温度场分析

6.5 小结

7 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 文章创新点

7.3 展望

致谢

参考文献

附 录