【摘要】：近年來齒輪傳動朝著高速重載方向發(fā)展。齒輪傳動系統(tǒng)在傳動過程中由于嚙合齒面間的相對滑動而產(chǎn)生的摩擦熱對系統(tǒng)性能的影響已越發(fā)不容忽視。目前對該領域的研究主要集中在系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)及熱特性等單一場態(tài)性能的研究之上,而忽視了熱力學與靜力、動力學性能的相互影響研究。本文基于齒輪嚙合原理、摩擦學、傳熱學、彈性力學和熱彈性力學理論等,利用數(shù)值計算、有限元仿真及實驗研究等方法,研究熱對齒輪傳動系統(tǒng)各性能的影響,并利用模糊設計等現(xiàn)代設計方法對輪齒進行多目標的綜合修形設計。其主要內容如下:(1)基于摩擦學和傳熱學等理論基礎,探討了齒輪嚙合過程中熱的產(chǎn)生及傳熱機理,研究了齒輪的齒面閃溫、本體溫度場及齒面瞬時接觸溫度等系統(tǒng)熱特性,并對各個熱特性的影響因素及影響機理進行了研究。同時分析了齒廓修形對各熱特性的影響,得到了以各個熱特性為單目標的最佳齒廓修形參數(shù)。(2)結合胡克定律及赫茲接觸理論對齒輪剛度的定義進行了推廣,提出了齒輪熱剛度的概念。定義齒輪熱剛度為引起單位熱彈耦合變形量的外載荷的大小。結合系統(tǒng)熱特性的研究成果,推導得到了齒輪單齒熱剛度及嚙合熱剛度的計算公式,并用有限元方法和實驗研究方法對其進行了驗證。同時對修形后的熱剛度以及熱對系統(tǒng)靜態(tài)特性的影響進行了研究。(3)研究了熱彈性耦合條件下齒輪傳動系統(tǒng)的熱動態(tài)特性�；趲靵鲎枘崮Ｐ徒⒘她X輪傳動系統(tǒng)的等效粘性阻尼模型,并通過潤滑油的粘溫特性在等效粘性阻尼模型中引入熱因素的影響,獲得了系統(tǒng)等效粘性熱阻尼的計算方法。通過引入齒輪時變嚙合熱剛度及等效時變粘性熱阻尼等建立了系統(tǒng)熱彈耦合動力學模型,得到了系統(tǒng)的熱動態(tài)響應,研究了阻尼、轉速等對系統(tǒng)熱動態(tài)特性的影響。同時將齒廓修形量當做系統(tǒng)靜態(tài)誤差的一部分,提出了一種新的齒廓修形后系統(tǒng)動力學建模方法——當量靜態(tài)誤差法,并據(jù)此建立了齒廓修形后的系統(tǒng)熱彈耦合動力學模型,獲得了齒廓修形后的系統(tǒng)熱動態(tài)特性,研究得到了熱彈耦合條件下以系統(tǒng)熱動態(tài)特性為目標的最佳修形參數(shù)。(4)綜合考慮修形對系統(tǒng)靜態(tài)特性、動態(tài)特性及熱特性的影響,提出了輪齒多目標綜合修形方法,并基于模糊綜合決策理論建立了輪齒多目標綜合修形設計模型,同時為了得到更加普適的結果,研究了幾何參數(shù)和工況參數(shù)等對多目標綜合修形模型的影響,通過引入修形量的修正系數(shù)Xc,給出了多目標條件下綜合修形量的計算公式,得到了輪齒多目標綜合修形的修形方法及綜合最佳修形參數(shù)。(5)基于FZG齒輪試驗機搭建了齒輪傳動系統(tǒng)的熱振實驗平臺,對齒輪傳動系統(tǒng)進行了實驗研究,測試了系統(tǒng)在不同載荷與不同轉速等多種綜合工況下的熱特性和動態(tài)特性,并根據(jù)測試數(shù)據(jù)研究了載荷與轉速對系統(tǒng)的熱特性及動態(tài)特性的影響,同時提取不同溫度狀態(tài)下的系統(tǒng)動態(tài)響應,研究了熱(溫度)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響。通過實驗數(shù)據(jù)與理論及仿真數(shù)據(jù)的對比分析,驗證了本文提出的熱剛度及熱彈耦合動力學模型的正確性。
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH132.41
【圖文】：

Ｉ逡逑Ｉ逡逑圖３－１輪齒當置齒形模型逡逑圖３－１為輪齒的當量齒形模型，如圖所示，為輔助尺寸，是兩梯形邊逡逑的延伸交點到矩形底的距離，＼為嚙合點高，？為矩形高，／７為齒高，＼為逡逑齒根厚，＼為齒頂厚，％為嚙合點的載荷作用角。以上尺寸的計算公式如下：逡逑（１）

坐標值為幾ｉ＝－ｌ，Ｎ２點的歸一化坐標值為齒輪副的傳動比ｍ，即廠ｎ２＝ｍ。逡逑圖３－２外嚙合齒輪嚙合線歸一化坐標示意圖逡逑根據(jù)歸一化坐標的定義并結合圖３－１所示的幾何尺寸關系，可推導出嚙逡逑合線上任意一點尺的歸一化坐標廠Ａ．的計算公式，如式（３－２０）所示。逡逑ｒ邋＿邋ＣＡ：邋＿邋Ｎ＾－Ｎ．Ｃ邋ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ａＫＸ邋－邋ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ｏｒｃ邋＿邋ｔａｎ邋ａＫ，邋＾邐（３２0）逡逑ｋ邐ＮＣ邋ＮＣ邐ｒｂｌ邋ｔａｎ邋ａｃ邐ｔａｎ邋ａｃ逡逑式中，為節(jié)圓壓力角，為嚙合點對應的主動輪壓力角，可由式逡逑（３－２１）計算得到。逡逑ａＫｉ邋＝邋ａｒｃｃｏｓ邐（３－２１）逡逑、ｒＫｉ邋／逡逑根據(jù)式（３－２０）可計算得到各關鍵嚙合點的（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）的歸一化坐標逡逑如下：逡逑廠Ａ＝７＾邋灰邋ｆ邋－１邋ｙ／ｔａｎ？ｃ邋－１邐（３－２２）逡逑廠￡邋＝邐－１／ａｎ？ｃ－ｌ邐（３－２３）逡逑／邋Ｊ逡逑ｒＢ邋＝邋ｒＥ邋－－（３－２４）逡逑Ｚｊ邋ｔａｎａｃ逡逑ｒＤ邋＝邋ｒＡ＋邋ｌｎ邋—邐（３－２５）逡逑ｚｘ邋Ｘ＾ｎａｃ逡逑結合以上分析，并利用ＭＡＴＬＡＢ軟件編寫齒輪剛度的計算程序，便可逡逑繪制出一個完整的嚙合周期內齒輪剛度沿嚙合線的分布曲線，如圖３－３所示。逡逑表３－１為研究對象——直齒圓柱齒輪副的主要參數(shù)。逡逑－２１－逡逑

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