基于弹流润滑理论的修形直齿轮油膜刚度模型与参数分析

摘要

润滑失效是齿轮破坏的主要方式之一。油膜破裂将导致啮合齿面直接接触，产生剧烈的摩擦及局部高温，从而导致齿面磨损、胶合及疲劳破坏。齿轮传动的高速、重载、精密化方向发展，使得齿轮系统动力学响应中的振动、冲击及噪声问题日趋严重。
　　本文以修形直齿轮传动为研究对象，基于非牛顿流体弹流润滑理论，建立了直齿轮传动线接触弹流润滑模型，讨论了弹流润滑基本参数及流变模型对弹流润滑特性的影响。提出了法向与切向油膜刚度模型。计算了齿轮啮合过程中油膜的法向和切向刚度，讨论了齿轮工作参数及齿形参数对油膜刚度的影响。同时分析了油膜刚度对齿轮传动过程的影响，为减少齿轮啮合冲击，提高传动平稳性提供了一定摩擦学理论依据。主要研究内容包括：
　　建立了线接触牛顿弹流润滑模型，并应用于标准直齿轮传动。建立线接触牛顿弹流润滑计算模型，应用多重网格法求解出油膜压力，分析载荷、卷吸速度及综合曲率半径对弹流润滑的影响。将该模型应用于标准直齿轮传动的弹流润滑计算，分析载荷、卷吸速度及综合曲率半径沿齿轮啮合线的分布，研究了齿轮传动中五个特征啮合位置的油膜压力、膜厚、剪应力及流速的变化规律。结果表明，载荷对油膜压力及膜厚的影响较大。
　　比较研究牛顿与非牛顿弹流流变模型。计算了非牛顿流体的等效粘度，求得了非牛顿弹流润滑问题的完全数值解。考虑了润滑剂流变性质，讨论了Ree-Erying非牛顿模型及指数率非牛顿模型对弹流润滑的影响。比较分析了Ree-Erying流体和牛顿流体对齿轮啮合过程中油膜压力、膜厚及摩擦系数的影响。结果显示，幂率指数对膜厚影响较大，而Ree-Erying流体的摩擦系数比牛顿流体的摩擦系数小。
　　基于非牛顿弹流润滑建立油膜刚度模型并应用于修形直齿轮传动中。基于非牛顿流体弹流润滑理论，沿膜厚方向将粘弹性油膜等效为无质量弹簧提出了油膜法向刚度模型；基于流动方向上流体的等剪应力假设，提出了油膜切向刚度模型。将油膜刚度模型应用于修形直齿轮的非牛顿弹流润滑分析，研究了工作参数（接触力、转速）和齿形参数（齿数、模数、压力角与修形量）对啮合区油膜刚度的影响。结果表明，载荷变化引起的油膜刚度在单双齿啮合交替点的突变越小，对齿轮抗冲击越有利；修形有利于降低油膜刚度的突变，从而提高齿轮传动的平稳性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题研究背景及意义

1.3 齿轮传动弹流动压润滑的研究进展

1.4 弹流动压润滑油膜刚度的研究进展

1.5 主要研究内容

1.6 本章小结

第2章 牛顿弹流润滑及在直齿轮传动中的应用

2.1 线接触牛顿弹流动压润滑

2.2 直齿轮传动中牛顿弹流动压润滑计算

2.3 本章小结

第3章 非牛顿弹流润滑分析及对齿轮润滑的影响

3.1 非牛顿流体流变模型

3.2 流变模型对压力与膜厚的影响分析

3.3 基于不同流变模型的齿轮弹流润滑分析

3.4 本章小结

第4章 油膜法向刚度模型及在齿轮润滑中的应用

4.1 油膜法向刚度模型及参数分析

4.2 修形直齿轮参数对油膜法向刚度的影响

4.3 本章小结

第5章 油膜切向刚度模型及在齿轮润滑中的应用

5.1 油膜切向刚度模型及参数分析

5.2 修形直齿轮参数对油膜法向刚度的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录A （攻读硕士学位期间发表的学术论文目录）