本文關(guān)鍵詞： W-M分形函數(shù) 彈流潤(rùn)滑 粗糙齒面 重載齒輪傳動(dòng)　出處：《太原理工大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)行齒輪傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)基于僅僅適用于光滑表面干接觸的赫茲(Hertz)理論。然而,絕大部分齒輪傳動(dòng)都處于混合潤(rùn)滑狀態(tài),即在兩接觸齒面之間既存在著將其分開的潤(rùn)滑油膜又存在著直接碰撞的粗糙峰,這顯然與Hertz理論有很大的區(qū)別。因此,對(duì)齒輪傳動(dòng)進(jìn)行混合彈流潤(rùn)滑研究既完全必要又有很強(qiáng)的理論意義。 在探討齒輪傳動(dòng)混合彈流潤(rùn)滑時(shí),研究人員往往在齒面上人為設(shè)定一個(gè)或多個(gè)粗糙峰或用正(余)弦函數(shù)表征齒面粗糙度分布,這無(wú)疑與齒面粗糙紋理真實(shí)形狀有較大差距。本文采用W-M分形函數(shù)模擬齒面粗糙紋理,以生成粗糙度函數(shù)并將其疊加到油膜厚度方程中；然后,采用多重網(wǎng)格法計(jì)算壓力分布、采用多重網(wǎng)格積分法和逐列掃描法分別計(jì)算油膜厚度和溫度分布；接著,以某礦用重載齒輪傳動(dòng)為例,數(shù)值計(jì)算了沿嚙合線5個(gè)特殊點(diǎn)處的齒面壓力分布、油膜厚度及輪齒接觸區(qū)次表面的應(yīng)力分布。此外,本文還通過(guò)多組數(shù)值計(jì)算,從理論上分別探討了齒面粗糙度和潤(rùn)滑劑粘度對(duì)輪齒接觸應(yīng)力和齒面油膜厚度的影響,并通過(guò)回歸分析,獲得了彼此之間的定量關(guān)系。總結(jié)本文研究成果,可得如下研究結(jié)論： (1)在計(jì)入齒面粗糙度效應(yīng)后,齒面壓力分布及接觸區(qū)次表面應(yīng)力分布與Hertz分布差異顯著。因此,現(xiàn)行以Hertz理論為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度的做法有待完善。 (2)嚙入點(diǎn)是齒輪傳動(dòng)嚙合線上的危險(xiǎn)點(diǎn),因?yàn)樵撎幍挠湍ず穸茸钚∏医佑|應(yīng)力最大。因此,以節(jié)點(diǎn)參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行齒輪傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)的做法值得商榷。 (3)隨著齒面粗糙度的增加,平均油膜厚度幾乎呈線性增加,而接觸區(qū)次表面主剪應(yīng)力的最大值則是先逐漸降低然后再不斷變大,即二者之間呈拋物線關(guān)系。因此,當(dāng)齒面光潔度達(dá)到一定值后,再一味提高齒面加工質(zhì)量并不能達(dá)到延長(zhǎng)齒輪傳動(dòng)疲勞壽命之目的。 (4)齒面粗糙度會(huì)使壓力分布與油膜厚度產(chǎn)生鋸齒形波動(dòng),且潤(rùn)滑劑粘度愈低,波動(dòng)愈劇烈。在其它參數(shù)固定不變的情況下,隨著潤(rùn)滑劑粘度的增加,齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)從邊界潤(rùn)滑歷經(jīng)混合潤(rùn)滑逐漸過(guò)渡到全膜潤(rùn)滑。因此,在一定的工礦條件下,提高潤(rùn)滑劑粘度可有效降低齒面接觸應(yīng)力,從而提高齒輪傳動(dòng)接觸疲勞壽命。
[Abstract]:The current design of contact fatigue strength of gear transmission is based on Hertz Hertzian theory, which is only suitable for dry contact of smooth surface. However, most gear drives are in mixed lubrication state. That is to say, there is a rough peak between the two contact tooth surfaces that separate the lubricant film and collide directly, which is obviously different from the Hertz theory. It is necessary and theoretical to study the hybrid elastohydrodynamic lubrication of gear transmission. When discussing the hybrid elastohydrodynamic lubrication of gear transmission, researchers often set one or more rough peaks on the tooth surface or use the sine (cosine) function to characterize the roughness distribution of the tooth surface. In this paper, W-M fractal function is used to simulate the rough texture of tooth surface to generate roughness function and superposition it into the oil film thickness equation. Then, the pressure distribution is calculated by multi-grid method, and the oil film thickness and temperature distribution are calculated by multi-grid integration method and row by row scanning method respectively. Then, taking a mine heavy-duty gear drive as an example, the distribution of tooth surface pressure, oil film thickness and the stress distribution in the contact area of gear teeth along five special points of the meshing line are numerically calculated. The effects of tooth surface roughness and lubricant viscosity on contact stress and oil film thickness of tooth surface are discussed theoretically by multi-group numerical calculation, and regression analysis is carried out. The quantitative relationship between each other is obtained. After summarizing the research results of this paper, the following conclusions can be obtained: 1) after the tooth roughness effect is taken into account, the distribution of tooth surface pressure and sub-surface stress in contact area is significantly different from that of Hertz distribution. The method of designing contact fatigue strength of gear transmission based on Hertz theory needs to be improved. Erosion-in point is the dangerous point on the meshing line of gear transmission because the oil film thickness is the minimum and the contact stress is the largest. The design of contact fatigue strength of gear transmission based on joint parameters is debatable. 3) with the increase of tooth surface roughness, the average oil film thickness almost linearly increases, while the maximum of the main shear stress on the subsurface of the contact area decreases gradually and then becomes larger. That is, the relationship between them is parabola. Therefore, when the finish of tooth surface reaches a certain value, it is not possible to prolong the fatigue life of gear transmission by blindly improving the machining quality of tooth surface. The roughness of tooth surface will cause sawtooth shape fluctuation between pressure distribution and oil film thickness, and the lower the lubricant viscosity, the more violent the fluctuation. When other parameters are fixed, the viscosity of lubricant increases with the increase of lubricant viscosity. The lubrication state of gear transmission is gradually transferred from boundary lubrication through mixed lubrication to full film lubrication. Therefore, under certain industrial and mineral conditions, increasing the viscosity of lubricant can effectively reduce the contact stress of tooth surface. Thus, the contact fatigue life of gear transmission is improved.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH132.41

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本文編號(hào)：1458032