本文關(guān)鍵詞：汽車用雙聯(lián)萬向聯(lián)軸器的摩擦與潤(rùn)滑研究　出處：《青島科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文以汽車傳動(dòng)軸的三叉桿-球籠式雙聯(lián)萬向聯(lián)軸器作為研究對(duì)象,對(duì)其進(jìn)行摩擦與潤(rùn)滑性能的分析與研究。球籠式萬向聯(lián)軸器是目前應(yīng)用較廣泛的等角速萬向聯(lián)軸器,其研究技術(shù)較為成熟;三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器是本課題組自主研發(fā)的一種新型三叉桿式萬向聯(lián)軸器,它采用三個(gè)滑動(dòng)銷桿代替三個(gè)球形或圓柱形的滾子,可以傳遞比傳統(tǒng)三球銷式聯(lián)軸器更大的扭矩。目前對(duì)三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器尚未形成系統(tǒng)的理論,尤其在摩擦與潤(rùn)滑方面的研究相對(duì)較少。因此本文首先對(duì)汽車傳動(dòng)軸的三叉桿-球籠式雙聯(lián)萬向聯(lián)軸器進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析,確定出摩擦磨損的位置為三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器滑動(dòng)銷桿和三叉桿套筒孔的配合表面,其在扭矩傳遞過程中長(zhǎng)期受載而在往復(fù)滑動(dòng)中產(chǎn)生摩擦磨損,若沒有良好的潤(rùn)滑方式會(huì)使聯(lián)軸器提前發(fā)生失效�？梢妼�(duì)其摩擦與潤(rùn)滑的研究對(duì)于完善三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器的系統(tǒng)理論及推廣應(yīng)用具有重要的科學(xué)理論意義和指導(dǎo)意義。研究三叉桿-球籠式雙聯(lián)萬向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性,得到在汽車聯(lián)軸器中易磨損部件滑動(dòng)銷桿在三叉桿套筒孔中的運(yùn)動(dòng)和受力情況。運(yùn)用方向余弦矩陣對(duì)滑動(dòng)銷桿的運(yùn)動(dòng)方式建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,通過MATLAB軟件進(jìn)行數(shù)值模擬并在Pro/E軟件中進(jìn)行仿真分析驗(yàn)證。結(jié)果表明汽車聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率隨車速的增大而增大;易磨損部件中滑動(dòng)銷桿在三叉桿套筒孔中做近似正弦往復(fù)運(yùn)動(dòng),往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻率與聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相同;滑動(dòng)銷桿運(yùn)動(dòng)的最大位移(振幅)和最大速度隨軸線夾角的增大而增大;且滑動(dòng)銷桿運(yùn)動(dòng)的最大速度隨轉(zhuǎn)動(dòng)頻率的增大而增大,振幅不受轉(zhuǎn)動(dòng)頻率變化的影響。根據(jù)三叉桿滑移式聯(lián)軸器的受力情況建立方程組,利用MATLAB軟件求解在一個(gè)周期內(nèi)的力和力矩變化規(guī)律,并考察聯(lián)軸器輸入轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和軸線夾角對(duì)力和力矩的影響。結(jié)果表明滑動(dòng)銷桿和三叉桿套筒孔配合表面受力(載荷)在聯(lián)軸器一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)周期內(nèi)有一定的波動(dòng),但波動(dòng)值較小;配合表面受力受輸入轉(zhuǎn)矩的變化影響較大,受轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和軸線夾角的影響較小。由于配合表面受力有一定的波動(dòng),基于課題組對(duì)聯(lián)軸器抗磨損結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化幾何模型和對(duì)配合表面油潤(rùn)滑基本特性的研究,利用多重網(wǎng)格數(shù)值分析法研究汽車中三叉桿滑移式聯(lián)軸器的配合表面載荷波動(dòng)引起的等溫線接觸彈流潤(rùn)滑時(shí)變特性。研究輸入轉(zhuǎn)矩(配合表面載荷)、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率(往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率)和軸線夾角(振幅)對(duì)其潤(rùn)滑特性的影響。結(jié)果表明當(dāng)輸入轉(zhuǎn)矩一定時(shí),配合表面的載荷波動(dòng)變化較小,求得的潤(rùn)滑膜的膜厚與壓力變化也較小,可以忽略其波動(dòng)的影響,可以將配合表面的載荷看作恒定載荷。在聯(lián)軸器生產(chǎn)加工過程中,配合表面會(huì)產(chǎn)生粗糙度,采用Newton-Raphson數(shù)值分析法研究考慮隨機(jī)表面粗糙度的汽車聯(lián)軸器油潤(rùn)滑特性。在膜厚方程中加入隨機(jī)表面粗糙度函數(shù),并考慮輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和軸線夾角的影響。結(jié)果表明在考慮配合表面的粗糙度時(shí),潤(rùn)滑膜膜厚和壓力曲線分別圍繞理想光滑表面波動(dòng),并且波動(dòng)值隨粗糙度的增大而增大。當(dāng)表面粗糙度一定時(shí),輸入轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率和軸線夾角等對(duì)聯(lián)軸器的潤(rùn)滑特性有一定影響,但影響較小。當(dāng)粗糙度值較大尤其是大于膜厚值時(shí),局部壓力會(huì)變得很大,數(shù)值計(jì)算結(jié)果不收斂,可能造成油膜破裂�？紤]到在汽車驅(qū)動(dòng)橋中聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合和其密封方式更適合采用潤(rùn)滑脂進(jìn)行潤(rùn)滑。利用多重網(wǎng)格數(shù)值分析法對(duì)汽車聯(lián)軸器的等溫脂潤(rùn)滑的特性進(jìn)行分析,考慮設(shè)計(jì)環(huán)形凸起的半徑(當(dāng)量半徑)、聯(lián)軸器輸入轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)頻率及軸線夾角、潤(rùn)滑脂流變指數(shù)和粘度的影響。結(jié)果表明脂潤(rùn)滑等溫彈流潤(rùn)滑的膜厚和壓力形狀與相同參數(shù)下油潤(rùn)滑時(shí)相似。脂潤(rùn)滑時(shí)隨著環(huán)形凸起的半徑的增大,壓力變寬,中心壓力值減小,膜厚增大。軸線夾角、轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、流變指數(shù)或粘度的增大,都會(huì)使第二壓力峰增大,膜厚增大,而中心壓力值基本不變。隨著輸入轉(zhuǎn)矩的增大,Hertz接觸半徑增大,壓力整體增大,膜厚略微減小。由于聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使配合表面潤(rùn)滑脂溫度會(huì)明顯上升,對(duì)三叉桿滑移式聯(lián)軸器的熱脂潤(rùn)滑特性進(jìn)行進(jìn)一步研究。結(jié)果表明溫度變化對(duì)潤(rùn)滑脂膜厚和壓力有較大影響,溫度因素不能被忽略。熱彈流潤(rùn)滑與等溫彈流的膜厚和壓力形狀相同,中心壓力值相同,溫升條件下的膜厚小于等溫條件。大的圓環(huán)凸起的半徑會(huì)導(dǎo)致大的當(dāng)量半徑,進(jìn)而導(dǎo)致較寬但較小的壓力,較寬并且較厚的潤(rùn)滑膜和較低的溫度分布。較高的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、軸線夾角或初始粘度都會(huì)導(dǎo)致更厚的膜厚,更高的溫度分布和甚至超過中心壓力值的顯著的第二壓力峰壓力值。最小膜厚,第二壓力峰和第二溫度峰出現(xiàn)的位置都朝著入口方向移動(dòng)。輸入轉(zhuǎn)矩越大,壓力就越大,潤(rùn)滑膜越薄,溫度分布也越高。流變指數(shù)越大,潤(rùn)滑膜越厚,第二壓力峰壓力值也越大,中心壓力值基本不變,而溫度降低。使用不同的潤(rùn)滑脂,聯(lián)軸器的熱脂潤(rùn)滑性能不同,同樣需要綜合考慮。對(duì)汽車用三叉桿滑移式萬向聯(lián)軸器易磨損部件配合表面的脂潤(rùn)滑特性的研究,為改善其脂潤(rùn)滑特性提供理論指導(dǎo),對(duì)聯(lián)軸器的推廣和應(yīng)用提供技術(shù)支持。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U463.216.2

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本文編號(hào)：1310649