润滑油粘度对齿轮接触疲劳寿命影响的研究

摘要

本文首先建立了渐开线齿轮传动的轮齿啮合模型；然后，基于热弹性流体动力润滑理论，采用多重网格法求解润滑方程组、多重网格积分法计算弹性变形、逐列扫描法计算温度分布，从而求得了全膜润滑状态下的齿面压力分布及轮齿接触区次表面的应力分布。为了探讨润滑油粘度对轮齿接触应力的影响，固定齿轮传动参数和润滑油其它性能参数不变，令润滑油的原始粘度η0在一定范围变化，在轻、中、重三种载荷条件下先后进行了80余组数值计算。计算结果表明:润滑油原始粘度η0存在～临界值ηCR，当η0≤ηCR时，轮齿接触区次表面主剪应力的最大值τmax随η0的增加而降低；但当η0>ηCR时，τmax随η0的增大不减反增。有必要指出:这一结论虽有悖于人们的传统认识，但却与前人的实验结果是相当吻合的，这也说明本文的理论计算是完全可信的。 与此同时，研究结果还显示:齿面压力分布中的第二压力峰Pmax是个相当重要的参数。它与τmax之间呈抛物线关系，即第二压力峰也存在一个临界值Pmax，当Pmax≤PCR时，τmax随Pmax增大而减小；当Pmax>PCR时，τmax随Pmax增大而增大。这也正是润滑油粘度过高会引起轮齿接触应力增大的原因所在。 基于上述研究结论，本文指出了国际齿轮强度计算标准(ISO/TC60423E)中所荐润滑系数ZL的局限性。在此标准中，润滑系数ZL之值随润滑油粘度的增大单调上升，即粘度越大则齿轮的疲劳寿命就越长。而本研究结果表明:就齿轮润滑而言，并非润滑油粘度越高越好；在一定的工况条件下，选用粘度过稠的润滑油不仅会加大润滑成本，同时还有损于齿轮传动的接触疲劳寿命。 本项研究的数值计算是基于全膜弹流润滑状态进行的，同时也未考虑齿轮传动过程中的时变性；此外，研究结果仅仅只对国际标准中所荐润滑系数ZL的适用范围提出了质疑，但究竟对此系数如何修正并未探及。

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文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

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第一章 绪论

1.1序言

1.2弹流润滑对齿轮接触应力的影响

1.3弹流润滑的数值计算

1.3.1直接迭代法

1.3.2逆解法

1.3.3牛顿法

1.3.4多重网格法

1.4本课题的主要内容、目的和意义

第二章 渐开线齿轮传动的热弹流润滑理论

2.1研究模型的建立

2.2热弹流润滑的基本方程

2.2.1Reynolds方程

2.2.2油膜厚度方程(弹性变形方程)

2.2.3润滑油粘度方程

2.2.4润滑油密度方程

2.2.5载荷方程

2.2.6润滑油的能量方程

2.2.7固体的热传导方程

2.3基本方程的量纲一化

第三章 渐开线齿轮传动的热弹流润滑数值计算

3.1齿面压力分布和油膜厚度的数值计算

3.1.1多重网格法的基本原理

3.1.2方程的离散及缺陷方程

3.1.3压力的松弛迭代

3.1.4弹性变形方程的计算

3.1.5收敛准则和计算流程

3.2油膜温度的数值计算

3.3沿齿轮传动啮合线的参数计算

3.4计算齿轮热弹流润滑问题的总流程

第四章 润滑油粘度对齿轮接触应力的影响

4.1次表面应力分布的数值计算

4.2数值计算结果及其分析

4.2.1数值计算输入参数的选择

4.2.2计算结果与分析

第五章 结论及展望

5.1主要研究结论

5.2今后研究工作展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文