低速重载齿轮传动微观热弹流润滑数值分析及齿面抛光实验研究

摘要

齿轮传动是机械传动中最重要且应用最广泛的传动形式之一，它的接触强度设计是以hertz弹性接触理论为基础，而这种理论只是光滑表面且无润滑的静态接触，这与实际有很大的差距。然而在齿轮润滑过程中，弹流油膜的厚度通常只有1μm 左右甚至更小，而齿面因切削形成的粗糙度和它处于一个数量级，齿面粗糙峰频繁碰撞，造成接触峰点弹塑性变形和金属迁移。大量实验证明，齿面损伤都是因润滑失效引起的，如点蚀、过度磨损以及胶合等，尤其在低速重载齿轮传动中润滑失效占失效的60％以上。因此，对低速重载齿轮传动热弹润滑研究具有较高的理论意义和实际价值。
　　 本研究主要内容及结论包括：⑴首先在齿轮啮合原理、齿面粗糙度效应和非牛顿流体特性的基础上建立了低速重载齿轮传动微观热弹流润滑的数学模型，并针对该数学模型中形式相当复杂的二阶非线性偏微分方程组的特征，运用多重网格法（Multi-Grid Method）求解压力分布时变解、多重网格积分法计算弹性变形、逐列扫描法计算温度分布时变解，并分析了影响低速弹流润滑的几个主要因素，结果表明，在一定的条件下，粗糙度越大，产生的局部压力峰越大，而油膜厚度也相应减小，同时最大温升也有一定程度增加；随着速度的增加，油膜厚度有所增加，油膜平行部分相应缩短，二次压力峰的位置逐渐向入口区方向移动，最大的油膜压力也逐渐降低；润滑油粘度的影响主要体现在油膜形状上，润滑油粘度越高，形成的油膜厚度越大，同时油膜间产生的剪切热也越强烈；当载荷越大时，压力分布逐渐接近于Hertz 接触压力分布，而载荷越小时，压力分布和经典润滑理论计算的结果非常相似。⑵参照风电增速箱低速级的行星轮传动的参数和受载情况，建立了相应数学模型，得到太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈的热弹流润滑完全数值解，分析油膜压力和膜厚形状与损伤和磨损的关系。结果表明齿圈和行星轮在Ra=0.8μm 时，油膜比厚小于1.5，处于不正常工作状态，它的齿面损伤度可达10％以上。⑶采用在氧化磷化条件下齿轮跑合方案，分析了齿轮在磷化中的化学反应机理：浸入的磷化液使齿轮表面形成结晶型磷酸盐转换膜软化层，在齿轮啮合时产生的摩擦力作用下使齿面粗糙度逐渐降低。通过对比了处理后齿轮和未处理的齿轮在二种不同方案下润滑油温升变化情况，结果表明，降低粗糙度对齿轮啮合时润滑油温度有明显的改善效果。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符 号 表

1 绪论

2 粗糙度效应下齿面微观热弹流润滑基本理论与计算方法

3 低速重载齿轮传动热弹流润滑特性的影响参数分析

4 风电增速箱低速级齿轮传动润滑分析

5 磷化氧化条件下齿面抛光实验分析

6 结论和展望

致 谢

参考文献

附 录