双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性的影响研究

针对双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性影响的问题,根据双渐开线齿轮齿廓啮合特点及弹流润滑理论,推导出了双渐开线齿轮接触线长度及当量曲率半径计算公式。建立了双渐开线齿轮弹流润滑模型,研究了双渐开线齿轮分阶参数对弹流润滑特性的影响;通过数值计算,得出了最小油膜厚度及摩擦系数在啮合周期内的分布情况。研究结果表明:采用该模型得出的最小油膜厚度与已有算例及经验公式得出的数值结果偏差较小;与双渐开线齿轮齿腰高度系数相比,齿腰切向变位系数对最小油膜厚度的影响较小,最小油膜厚度随高度系数的增大而减小;摩擦系数随齿腰高度系数的增大而增大,随齿腰切向变位系数的增大而减小。     

变位非对称聚合物行星齿轮的瞬态热弹流润滑

为探究非对称齿廓的内啮合齿轮在变位情况下的热弹流润滑特性,用多重网格法对采用变位设计的非对称聚合物齿轮进行了瞬态热弹流润滑分析,比较了不同传动类型的变位齿轮的弹流润滑特性,分析了不同变位系数分配形式以及齿廓修形对非对称聚合物齿轮在内啮合情况下的瞬态弹流润滑的影响。结果表明,非对称齿轮能改善变位齿轮的润滑性能,正传动的变位类型的齿轮润滑性能最优,内齿轮采用较大的变位系数对热弹流润滑更为有利,合理的修形能够改善非对称变位齿轮的润滑性能。     

渐开线斜齿圆柱齿轮弹流润滑模型的建立

渐开线直齿圆柱齿轮的弹流润滑问题已经基本成熟，而对同样是线接触的渐开线斜齿圆柱齿轮的弹流润滑求解却研究甚少并颇有争议。分析了斜齿轮齿廓曲面的形成及啮合特点，建立了研究渐开线斜齿圆柱齿轮弹流润滑的物理模型和数学模型．通过数学推导，得到了膜厚方程，通过多重网格法即可获得渐开线斜齿圆柱齿轮在某一瞬时的弹流润滑数值解。     

有限长线接触斜齿轮副瞬态弹流润滑研究

采用统一Reynolds方程建立斜齿轮有限长线接触瞬态弹流润滑模型,研究瞬态效应与表面粗糙度对润滑特性的影响。结果表明:考虑瞬态效应的斜齿轮副润滑参数在单齿啮合区域剧烈变化,其接触区域膜厚较低且摩擦因数较大,容易处于混合润滑状态;在单齿啮合区域,瞬态解有效承载区变窄且二次压力峰明显增大。当前算例表明全膜弹流润滑状态下,粗糙度对斜齿轮副的瞬态弹流润滑特性影响较少,仅在双齿啮合区域考虑粗糙度的平均膜厚较大,且对应接触压力与膜厚围绕光滑解波动。     

变位系数对直齿轮弹流润滑的影响

运用齿轮弹流润滑稳态等温线接触数学模型,对渐开线变位直齿轮进行弹流润滑数值分析;计算并分析正传动和负传动2种工况下变位齿轮的弹流润滑状态,并与标准齿轮传动计算结果进行比较;讨论正传动工况下,变位系数对齿轮弹流润滑的影响。结果表明,稳态等温条件下,齿轮的变位对油膜压力影响不大,而正传动工况下,随变位系数的增大膜厚增大,在负传动工况下,随变位系数的增大膜厚变薄。     

内啮合齿轮传动系统的热弹流润滑特性分析

为探究内啮合齿轮传动的热弹流润滑特性,考虑多种齿轮传动类型及不同变位系数和的影响,建立了内啮合齿轮传动的热弹流润滑模型,分析了内啮合齿轮系统的热弹流润滑特性。结果表明,与其他齿轮传动类型相比,对于采取变位的内啮合齿轮传动系统,当实现正传动时,其润滑效果最佳,在啮合轮齿间可以形成较厚的润滑油膜,摩擦因数和油膜的最高温升最小,热胶合承载能力最强;当实现正传动时,适当增加内齿轮与行星齿轮的变位系数之和,可以进一步改善内啮合齿轮齿面的润滑特性,但同时降低了油膜刚度。     

双渐开线齿轮传动摩擦动力学分析

为研究双渐开线齿轮传动摩擦学与动力学之间的耦合作用,根据齿轮动力学、载荷分担及弹流润滑理论,建立双渐开线齿轮传动摩擦动力学模型,研究混合弹流润滑特性与动力学之间的耦合作用。将动力学模型求解的动载荷应用于混合弹流润滑模型,求解摩擦因数等参数;将摩擦因数重新代入动力学模型,研究双渐开线齿轮动力学行为。结果表明,考虑摩擦学与动力学耦合作用对齿轮动力学行为影响较显著;低转速时,动载荷作用下摩擦因数及油膜厚度分布与稳态载荷作用时近似,转速增大时,摩擦因数及油膜厚度分布波动明显。     

变位斜齿轮的热弹流润滑数值分析

运用斜齿轮有限长线接触数学模型,对渐开线变位斜齿轮进行热弹流润滑数值分析;分析正变位、负变位、等变位3种变位系数下斜齿轮的热弹流润滑状态,计算不同变位系数下斜齿轮的油膜压力、膜厚及温升,并与标准斜齿轮传动计算结果进行比较。结果表明:热弹流润滑条件下,斜齿轮的变位对油膜压力影响不大,对膜厚有较大的影响;变位斜齿轮正传动时,随变位系数的增大,压力减小,膜厚增大;沿最长接触线时,与标准斜齿轮的传动相比,变位斜齿轮正变位系数下压力最小、膜厚最大、温度最低,因此,选择正变位系数更有利于斜齿轮的润滑。     

渐开线谐波齿轮空间齿廓设计及优化分析

为了提高渐开线齿廓谐波齿轮的啮合性能,利用柔轮装配变形的包络精确算法获得了设计截面内共轭齿廓离散点,基于渐开线特征对共轭齿廓离散点拟合,得出刚轮渐开线齿廓.考虑柔轮锥度变形的影响,建立了侧隙优化控制模型,对不同径向位移下柔轮截面的变位系数进行了优化.部分柔轮截面在减小齿廓工作段高的基础上再选择合理变位系数,设计出满足空间啮合要求的渐开线齿廓谐波齿轮,并通过运动仿真分析对设计结果进行了验证.结果表明,相对于设计截面,最大径向位移增大的截面通过减小变位系数可避免干涉,最大径向位移减小的截面通过增大变位系数可获得良好啮合性能;变位系数调整量与该截面至设计截面间的距离成近似线性关系.对最大径向位移减小幅度较大而引起干涉的柔轮后端截面,需减小柔轮齿高并合理改变变位系数,才可获得良好的啮合性能.相比平面齿廓,所设计的空间齿廓能增大啮合区间和齿廓接触面积,较大幅度提升传动性能.     

非对称齿轮啮合刚度精确求解及齿廓参数分析

非对称齿轮是一种轮齿两侧采用不同压力角的新型渐开线齿轮,其齿廓参数对齿轮齿廓形状、运动特性、承载能力、传动效率和动力学特性等有至关重要的影响。基于齿轮啮合原理,运用李特文矢量法,根据加工刀具齿廓参数方程推导了非对称齿轮全齿廓方程;应用材料力学理论,建立非对称齿轮时变啮合刚度的数值求解模型,并通过有限元方法验证了该模型的有效性。基于所建立数值分析模型进行算例研究,总结了刀具圆角、压力角和变位系数对齿轮啮合刚度和重合度的影响规律。结果表明,随着轮齿工作侧压力角的增大,齿轮齿根厚度增加,单齿对的啮合刚度加大,齿轮的承载能力得到有效提高。加工工作侧轮齿齿廓刀具圆角的增大,也有利于提高齿轮的啮合刚度;同时,工作侧齿廓压力角的增大会使齿轮的齿顶厚度降低、啮合重合度减小,会导致齿轮的齿顶强度和冲击韧性降低。非对称齿轮齿廓设计时,应根据实际工况合理设置压力角参数。     

不同工况条件对直齿轮副弹流润滑特性的影响研究

根据弹流润滑理论与渐开线直齿轮齿廓啮合特点,建立非牛顿流体直齿轮副弹流润滑模型,采用数值方法求解不同工况条件对油膜压力、油膜厚度分布及啮合周期内摩擦因数的影响。研究表明,转速、输入转矩及润滑油粘度产生变化,均会影响油膜压力及膜厚分布,最终导致啮合周期内摩擦因数发生变化,且摩擦因数在靠近节点处达到最小值。     

变位齿轮齿条传动的热弹流润滑分析

建立了齿轮齿条传动的热弹流润滑模型,考虑齿轮热效应和正负变位齿轮沿啮合线在不同啮合点的综合曲率半径变化、卷吸速度的变化和单双齿啮合引起的载荷变化,分析齿轮齿条传动机构在不同瞬时、载荷随时间变化的非稳态弹流润滑数值解。讨论了变位系数对齿轮齿条弹流润滑油膜压力和膜厚的影响并分析了正变位和负变位对中心膜厚和最小膜厚的影响规律。结果表明,正变位可以降低油膜压力,增加膜厚,改善齿轮齿条机构的润滑状态;负变位使油膜压力升高,膜厚变薄。因此,设计齿轮齿条传动机构时,在符合要求的前提下,应尽量选择正变位齿轮,避免选择负变位齿轮。     

渐开线斜齿轮瞬态弹流润滑数值分析

渐开线直齿圆柱齿轮的弹流润滑问题已经基本成熟,而对同样是线接触的渐开线斜齿圆柱齿轮的弹流润滑求解却研究甚少并颇有争议.建立了斜齿圆柱齿轮弹流润滑计算的数学模型,将斜齿圆柱齿轮的弹流润滑问题等效为2个反向圆台的弹流润滑问题,应用多重网格法求得了一对斜齿圆柱齿轮轮齿在不同啮合瞬时的弹流润滑完全数值解.结果表明:斜齿圆柱齿轮啮合线上各点的压力、膜厚均不相同,沿接触线方向上最大等效半径的位置对接触线上油膜颈缩的位置有较大影响;接触线最长时从动轮齿根部分和主动轮齿顶部分在啮出点位置的膜厚最小,压力最大,最容易早期失效.     

乏油工况下斜齿轮热弹流润滑特性研究*

建立斜齿轮的乏油热弹流润滑模型,并讨论供油量、转速和齿面粗糙度对润滑性能的影响。结果表明:乏油工况下增大入口区供油量,润滑区的膜厚增大而摩擦因数、温升和次表面应力幅值降低;随着供油量增大,乏油润滑特性逐步趋于全膜润滑状态下特性;随着转速升高,润滑膜厚增大但幅度有限,相应温度场增大和次表面应力场增大;齿面粗糙度会使油膜压力出现剧烈的波动,在油膜压力峰位置的次表面会出现应力集中。     

考虑油膜润滑作用的渐开线齿轮动载荷分析

以渐开线齿轮为研究对象,综合考虑齿面摩擦和油膜润滑作用,结合油膜与粗糙峰共同承载理论建立齿轮系统动力学模型。为深入研究不同转速对齿轮动态特性的影响,给出基于最小势能原理的稳态载荷分布模型,并对比分析渐开线齿轮在不同转速下冲击载荷沿啮合线的分布规律。计算结果表明：润滑油膜对共振区的动载荷有一定程度的削弱作用;齿廓误差越大,冲击越明显;油膜刚度呈强非线性,且随着润滑油粘度的增加而增大;低速时,冲击动载荷均值接近稳态分布,但在单双齿啮合交替点有明显波动;随着转速的升高,高频冲击衰减,动载荷和相对线位移逐渐呈现周期波动;随着螺旋角的增加,动载荷趋于平稳,且幅值有所降低。啮合初始段,摩擦因数较高;退出啮合段,动载荷减小,油膜变厚,摩擦因数明显降低。随着粗糙度的增加,粗糙峰接触比例升高,摩擦因数变大。     

渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑分析

考虑了瞬态效应、轮齿表面油膜温度场和轮齿表面纵向粗糙度等因素,对渐开线直齿圆柱齿轮的弹流润滑问题进行研究。载荷由双齿或单齿承担,根据实际载荷谱简化的轮齿载荷曲线,利用压力求解的多重网格法和弹性变形求解的多重网格积分法以及温度求解的逐列扫描技术,得到渐开线直齿轮瞬态微观热弹流润滑问题的完全数值解,讨论了轮齿间油膜的厚度、压力、温度沿啮合线的变化规律。数值计算结果表明,齿轮表面纵向粗糙度对轮齿间油膜的压力、膜厚、温升都有较大影响。考虑轮齿表面粗糙度后,油膜压力和温升明显增大,并随压力的增加而影响越来越显著,粗糙峰使油膜压力分布和温度分布产生振荡,轮齿表面的粗糙峰对摩擦因数影响较小,摩擦因数和最高温升在节点两侧最大。     

考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性研究

针对目前双渐开线齿轮(DIG)研究过程中齿廓磨损对双渐开线齿轮动态特性的影响问题,对考虑磨损故障的双渐开线齿轮传动系统动态特性进行了研究。首先,进行了双渐开线齿轮接触线长度与齿面载荷计算,考虑相对滑移距离,建立了等效接触模型;然后,进行了双渐开线齿轮齿面累积磨损量、齿轮齿面累积磨损深度的计算,建立了双渐开线齿轮啮合刚度计算模型,进行了磨损故障的双渐开线齿轮刚度的计算;最后,以一对双渐开线齿轮为研究对象,采用集中质量法建立了6自由度动力学模型,研究了齿面磨损对双渐开线齿轮动力学特性的影响。研究结果表明：在运行1×10⁴次载荷循环后,混合弹流润滑状态下,双渐开线齿轮与普通渐开线齿轮(CIG)在节线附近齿根位置的最大累计磨损量差值为0.002 07μm,且双渐开线齿轮节线靠近齿顶位置的磨损小于普通渐开线齿轮的磨损;双渐开线齿轮系统在磨损后振动加速度幅值小于普通渐开线斜齿轮的幅值。通过对不同磨损情况下的时域响应进行研究,发现磨损导致双渐开线齿轮传动系统的振动幅值增大。     

齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究

针对双渐开线齿轮传动动态特性问题,通过建立双渐开线齿轮的有限元模型,综合考虑齿面摩擦与齿轮啮合刚度二因素,对双渐开线齿轮传动系统进行了有限元模态分析,运用响应曲面法研究了齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮振动变形和模态频率的影响;选取不同模态阶数对双渐开线齿轮传动系统进行了动态特性研究,分析了不同模态阶数下双渐开线齿轮的振动变形与模态频率变化状况。研究结果表明,随着齿面摩擦因数与齿轮啮合刚度的增加,不同模态阶数下双渐开线齿轮传动系统各阶振动变形与模态频率均显著增加,齿面摩擦与齿轮啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性有一定影响,在对齿轮传动系统进行动态特性研究时,必须对齿面摩擦与齿轮啮合刚度进行充分考虑。     

斜齿轮非稳态等温弹流润滑数值分析

建立了渐开线斜齿圆柱齿轮弹流润滑计算的数学模型,将渐开线斜齿圆柱齿轮的啮合等效为长椭圆接触的弹流润滑问题,针对实际高速列车用齿轮在平稳运行和启动工况下,应用统一Reynolds方程方法求得了轮齿在不同啮合瞬时的非稳态弹流润滑完全数值解.结果表明:随啮合位置不同,啮合线上各点的压力、膜厚分布均有很大变化;油膜形状受瞬态挤压效应影响,与稳态解有明显不同;主动轮齿顶/被动轮根部位润滑条件相对较差.     

增速齿轮副非均匀磨损时变啮合刚度研究

以某渐开线直齿圆柱增速齿轮副为研究对象,基于Hertz接触理论与Archard磨损公式,推导齿轮副齿面接触应力与相对滑动速度,建立齿轮副非均匀磨损模型,计算了不同循环次数下齿面磨损深度;基于势能法推导基圆与齿根圆不同位置下轮齿非均匀磨损时变啮合刚度解析公式,研究了非均匀磨损对时变啮合刚度的影响规律。研究结果表明,磨损深度在渐开线齿廓上分布不均匀,节圆附近的磨损最小,齿顶齿根处磨损深度较大,且齿顶处累积磨损深度最大;齿面磨损深度随循环次数增加而增大,齿轮时变啮合刚度随磨损深度增加而减小,且双齿啮合区刚度减小量大于单齿啮合区。