弹流润滑条件下直齿圆柱齿轮摩擦特性分析

摘要

齿轮这一重要零件在机械工程中应用相当广泛，相比于带传动、链传动和蜗杆传动等传动方式，齿轮传动具有其不可取代的优点。但是，在实际应用中，由于齿轮相互啮合时存在碰撞和冲击，导致齿轮机构产生振动和噪声；另外，齿轮啮合过程中反复受到载荷和变化着的接触应力的作用，这也导致轮齿很容易发生齿根弯曲疲劳折断和齿面点蚀，这些情况都会在一定程度上影响齿轮的传动效率、传动精度以及齿轮的使用寿命，因此，对于轮齿强度的研究是十分必要的。
　　渐开线直齿圆柱齿轮传动是以 Hertz理论为基础进行的接触疲劳强度设计，而 Hertz接触理论是建立在光滑表面间无润滑、无摩擦的理想接触状态下的，这种假设和齿轮的实际工作情况还是存在较大的差距的。实际工况条件下的齿轮传动由于轮齿表面的粗糙度，传动过程的温升和冲击载荷等多种因素的影响，都使得传动齿轮处于弹性流体动力润滑条件中。尽管大多数齿轮传动是在润滑条件下进行的，但还是存在一定的摩擦，而摩擦会引起啮合轮间的温度、接触压力的变化，降低齿轮传动效率，缩短其使用寿命，摩擦引起的这些不良效应是不容忽视的。
　　本文以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象，通过有限元分析方法和数值分析方法相互结合的方式来研究齿轮传动。本文首先建立了齿轮弹流润滑的数学模型，通过数值计算方法求解了油膜压力、油膜厚度以及摩擦系数等，最后，对啮合轮齿进行有限元分析。本文主要做了如下工作：
　　(1)本文结合了众多学者的研究，根据渐开线直齿圆柱齿轮的结构形式和实际工作情况，建立渐开线直齿圆柱齿轮润滑条件下的油膜厚度、油膜压力和摩擦系数等关键因素的数学方程。
　　(2)在直齿圆柱齿轮弹流润滑的理论基础上，编译对应的计算程序，利用计算机的强大计算功能进行数值求解，得到油膜厚度，油膜压力以及摩擦系数等的相应数值解，并对计算结果进行整理和分析。
　　(3)以有限元分析软件ANSYS为平台，将数值分析求得的油膜压力和赫兹压力分别作为载荷，对轮齿进行应力分析。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究的目的及意义

1.2 国内外相关研究概述

1.3 本文研究的主要内容

第2章 齿轮传动润滑理论研究

2.1弹流润滑概述

2.2 Hertz接触理论

2.3几何模拟和弹性模拟

2.4参数转换

2.5润滑油流变模型

2.6 数学模型的确立

2.7 本章小结

第3章 齿轮传动润滑理论的数值计算

3.1 多重网格法求解齿轮传动润滑问题

3.2计算参数

3.3结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 直齿圆柱齿轮有限元分析

4.1 齿轮建模

4.2 设置相关参数和网格化

4.3 施加载荷及约束

4.4 特殊啮合点处的有限元分析

4.5本章小结

第5章 结论和展望

5.1本文的研究结论

5.2本文的不足和展望

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文

致谢