汽车差速器锥齿轮差速工况下的热弹流润滑分析

为了研究差速器锥齿轮差速工况下的啮合热特性,基于热弹性流体动力润滑理论,建立了直齿锥齿轮非稳态热弹流润滑模型,分析了行星齿轮在差速下的温度场。首先,研究了行星齿轮与半轴齿轮在非牛顿流体作用下的热特性;其次,研究了差速工况下行星齿轮温度场随模数和齿宽的变化;最后,研究了差速工况下行星齿轮温度场随转速的变化。结果表明,行星齿轮沿齿宽方向的温度分布不同;行星齿轮本体最大温度随着齿宽增大而增大,随模数的增大而减小;差速器行星齿轮与半轴齿轮接触区的温度随转速的增大而增大。该研究为差速器锥齿轮润滑设计提供一定的理论依据。     

内啮合齿轮传动的弹流润滑

基于弹性流体动力润滑理论,建立了内啮合齿轮传动的弹流润滑模型。针对行星齿轮变速传动的两种工况,求出内齿轮和行星齿轮内啮合时各个啮合点的最小油膜厚度,绘出沿啮合线的弹流油膜厚度分布图。经过对膜厚图的分析得知,在行星轮和内齿轮啮合的节点靠近行星轮齿根处是油膜厚度的最薄弱处,且变速传动时,低速传动的内啮合工况润滑状态较差;经计算对比得出提高润滑油的粘度,可以增大润滑油膜的厚度;增大压力角提高油膜厚度的效果明显。提高齿轮啮合的油膜厚度对改善齿轮的润滑状态,降低齿轮的生产成本,具有实际使用价值。     

行星齿轮变速传动的弹流润滑研究

基于弹性流体动力润滑理论,针对行星齿轮变速器内齿轮主动和太阳轮主动的2种工况,分别求出行星齿轮与太阳轮啮合以及与内齿轮啮合时,沿啮合线在啮合点的最小油膜厚度。结果表明:齿轮在节点啮合的润滑情况可以体现齿轮的润滑状况;太阳轮主动的工况,行星轮与内齿轮啮合的润滑条件最差;提高润滑油的黏度可以增加齿轮润滑油膜厚度;增加齿轮压力角的方法提高齿轮油膜厚度的效果明显;提高齿轮啮合的油膜厚度对改善齿轮的润滑状态,降低齿轮的生产成本,具有实际使用价值。     

基于有限长线接触的锥齿轮热弹流润滑分析

为了研究锥齿轮的热弹流润滑机理,基于弹性流体动力润滑理论,建立有限长线接触模型,研究了直齿圆锥齿轮热弹流润滑特性。首先,将直齿圆锥齿轮热弹流问题近似等效为两同向圆锥滚子的准稳态热弹流润滑问题,应用多重网格法和逐列扫描法求解了锥齿轮整个接触线上的油膜压力、油膜厚度及固体和油膜中层的温度。结果表明,直齿圆锥齿轮沿齿宽方向上各点的压力、膜厚、温度均不相同。其中,小端的油膜压力略大于大端的油膜压力;小端的油膜厚度小于大端的油膜厚度;沿齿宽方向的温度分布差异较为明显,油膜中层的温度大于两固体表面的温度。该研究为直齿圆锥齿轮的润滑设计提供一定的理论依据。     

时变参数下锥齿轮摩擦功率损失计算研究

分析了多个与齿轮相关及摩擦相关模型,推导建立了计算锥齿轮啮合过程中瞬时滑动功率损失的时变模型。基于锥齿轮传动过程中实际啮合齿数,分析锥齿轮啮合面的受力情况,将此受力分析结果与实际工况下轮齿油膜厚度比相结合,得到了锥齿轮传动过程中各润滑状态与各摩擦功率损失影响因素的关系。为了避免将啮合线离散计算摩擦功率损失时所导致的原理误差,建立了以时间为变量的锥齿轮摩擦功耗的数学模型。利用时变齿间载荷模型解决了由齿面几何复杂度导致的齿间载荷难以确定这一难题。仿真结果表明:瞬时滑动功率损失时变模型的仿真结果与实验测得真实结果相一致,所建锥齿轮啮合过程中瞬时滑动功率损失时变模型具有较高的精度。     

修形对直齿锥齿轮弹性流体动力润滑的影响

为解决直齿圆锥齿轮的端啮问题,通过对直齿圆锥齿轮进行齿廓修形,提高小端的油膜承载能力,使得载荷沿齿宽方向分布均匀。齿廓修形先采用二次抛物曲线,再改变主动轮和从动轮的齿顶修缘高度,确定修形参数后,建立直齿圆锥齿轮无限长线接触弹性流体动力润滑模型,压力和膜厚采用多重网格法求解,弹性变形采用多重网格积分法求解。齿顶修缘后啮入点的油膜压力比原来小,油膜厚度变大;二次抛物曲线修形后,啮入瞬时点和啮出瞬时点的油膜压力在赫兹接触区明显降低,赫兹接触区的油膜厚度明显增大,沿啮合线分布的最大油膜压力降低,最小油膜厚度增大,中心油膜压力降低,中心油膜厚度增大;修形参数的变化影响修形后的油膜压力和油膜厚度;修形改变了齿宽方向的载荷分布,直齿圆锥齿轮的小端和大端的载荷差距减少,齿面载荷由端部向齿宽中部转移。研究结果说明,齿廓修形可以改善齿轮的润滑状况,提高啮合过程的油膜压力,减少齿面的摩擦和磨损,同时也可以避免齿面胶合的产生。     

基于弹流润滑理论的斜齿圆柱齿轮油膜厚度参数影响研究

基于弹性流体动力润滑理论,建立了斜齿轮传动润滑最小油膜厚度计算公式,并利用Matlab程序绘图功能绘制出最小油膜厚度沿啮合线的变化曲线,计算分析了传动比、模数、压力角、螺旋角、重合度、齿宽系数等斜齿轮传动参数对齿轮副节点处润滑油膜厚度的影响,从而揭示了斜齿轮传动参数与齿轮副润滑性能之间的关系,为弹流润滑条件下斜齿轮传动的设计提供了一定的理论依据。     

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。     

不同转速下齿轮动力学与油膜润滑耦合研究

为探究齿轮振动时油膜的动态特性,考虑齿轮时变啮合刚度的激励作用,基于动力学理论,建立齿轮系统动力学模型,分析齿轮系统的弹流润滑特性;同时,基于弹流润滑数值解,建立油膜的刚度模型,进行不同转速下齿轮动力学与油膜润滑的耦合研究。研究表明:基于动力学模型进行弹流润滑的求解时,油膜厚度表现出一定的动态特性,且不同齿轮转速下的振幅和振动频率不同;随着齿轮转速的增大,油膜的刚度减小,对于高速重载的齿轮系统,油膜润滑对其振动特性有较大的影响,应当将齿轮振动与油膜润滑视为整体进行研究。     

航空螺旋锥齿轮断油润滑状态研究

对航空螺旋锥齿轮断油工况进行分析,根据断油工况计算润滑油的初始啮合温度并建立螺旋锥齿轮断油润滑分析数学模型;通过编程得到断油情况下不同载荷、不同速度的接触区油膜厚度、压力和温度分布情况;分析油箱油量、断油时间、齿轮转速3个主要因素对断油润滑状态特别是中心油膜温度的影响。结果表明:航空螺旋锥齿轮在断油情况下,啮合产生的热量使油箱润滑油温度提高,在数值计算时需要对初始温度进行修正;随着油箱内润滑油量的增加,接触区润滑油温度降低;随着断油时间和齿轮转速的增加,润滑油温度逐渐升高,但升高速度逐渐减慢;齿轮转速和断油时间对接触区温度的影响大于润滑油量的影响。     

越野汽车双联非圆行星齿轮差速器的研究

提出了一种新型非圆行星齿轮差速器,将其应用于越野汽车分动器中,可以实现两输出轴扭矩变比例分配,相当于增大了差速器的锁紧系数,即增加了差速器的防滑功能,从而有望提高车辆的越野通过性。差速器结构紧凑,两个非圆中心齿轮形状完全相同,双联非圆行星齿轮形状一致,相位相差90°,采用三组双联行星齿轮实现均载,工艺性好。通过传动原理分析,给出了非圆齿轮节曲线的设计方法,并以渐开线齿形为例进行了设计计算及样机试制,差速器理论锁紧系数达到3.45。     

直齿圆柱齿轮表面微凸起磨损的时变热效应弹流润滑分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,建立考虑表面微凸起的润滑模型,给出相应的膜厚方程.在以往表面粗糙度的研究基础上,对两齿面的表面微凸起在不同磨损程度下的热解进行数值分析.结果表明:齿面上的微凸起会明显影响齿轮间的润滑效果,会对齿轮齿面造成比微点蚀更大的损伤;对于两个表面均存在微凸起的齿面,齿面的磨合磨损主要发生于主动轮上时,相比发生在从动轮上,会减缓对齿轮啮合过程中压力冲击的影响,会使油膜的中心压力、膜厚等变化趋于平缓.     

高速重载弧齿锥齿轮点接触热弹流综合分析*

针对高速重载弧齿锥齿轮节圆位置,基于热弹流润滑理论进行齿面润滑特性分析,研究不同工况锥齿轮油膜各特征（压力、膜厚、温升）二维轮廓曲线的变化情况。结果表明：高速重载的工况使得Hertz压力峰与二次压力峰出现合并的现象,并且弹流润滑中经典的中央油膜平坦现象并不显著,仅当温度降低使润滑油黏度增加时,才逐渐出现了中央油膜平坦的现象。为了在工程实践中能够有针对性地调整工况参数来改善齿轮的润滑状态,分析油膜特征参数对输入参数的敏感性,发现工况参数中对油膜最大压力的影响程度由大到小为弹性模量、黏度、转速、功率;对油膜最大温升与最小油膜厚度的影响程度由大到小为黏度、转速、弹性模量、功率。     

基于非线性理论的齿轮机构动力学模型的建立及实验

在研究分析了轮齿的变啮合刚度和轮齿间的油膜动力学性能的基础上，提出了把此油膜看成是一个质量-弹簧-阻尼系统的假设，并运用弹流理论，分析了油膜厚度和油膜等效刚度，建立了相应的动力学模型和运动微分方程。采用GEAR方法求解非线性动力学微分方程组，并通过实验验证齿侧间隙对齿轮机构动态特性的影响。     

核电循环泵行星齿轮热弹流润滑研究

核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合状态几何等效为圆锥滚子的接触问题,然后考虑斜齿轮接触变形和齿廓偏差,计算得到内/外啮合齿轮副接触区域不同位置的油膜厚度、承载压力、摩擦应力和闪温等参数。考虑齿面磨合作用,采用移动平均滤波方法对未经磨合的初始形貌进行光滑处理,分析了齿面形貌对润滑行为的影响,最后采取齿廓修形改善润滑特性。结果表明：粗糙度和齿廓修形均会对润滑特性产生明显的影响,齿面粗糙形貌会造成油膜厚度减小,进而影响其润滑特性,弱化润滑油膜的承载能力;通过齿廓修形可以改善齿轮啮合边界处的几何过渡,降低该区域的应力集中和表面温度,从而明显改善啮合线终端的润滑状态。     

带有圆锥齿轮的复合行星传动功率流与传动效率分析

对带有圆锥齿轮的复合行星传动进行运动分析,在此基础上采用虚功率理论分析该复合行星传动在不考虑啮合功率损失和考虑啮合功率损失时的功率流,在定义速比与转矩比的情况下,获得复合行星传动效率表达式,进一步研究速比、转矩比和啮合功率损失系数及几何参数比对复合行星传动效率的影响规律,并开展相关试验验证。理论分析表明：在复合行星传动啮合功率损失系数和几何参数比被确定的情况下,复合行星传动效率随着转矩比的增大而增大,但随着速比的增大呈先减小后增大趋势;在复合行星传动速比和转矩比及几何参数比被确定的情况下,各齿轮副的啮合功率损失系数对复合行星传动效率的影响存在差异;在复合行星传动速比和转矩比及各齿轮副的啮合功率损失系数被确定的情况下,复合行星传动效率随着几何参数比的增大而增大。传动效率试验表明：选用高精度等级的锥齿轮、增大复合行星传动机构的转矩比及其行星轮的节圆半径可提高复合行星传动机构的传动效率。     

基于时变模型的齿轮啮合过程润滑状态研究

基于Dowson提出的最小油膜厚度方程,利用Matlab/Simulink仿真平台,建立齿轮啮合过程润滑状态的实时仿真系统。分析了齿轮啮合过程最小油膜厚度的时域变化情况,研究了齿轮润滑状态随转速、输入扭矩的变化关系,计算结果表明:随着啮合点向主动齿轮齿顶移动,其最小油膜厚度逐渐增大;齿轮点蚀经常发生在节圆附近。对节圆处的润滑状态进行了研究,发现随着输入转速的增加,轮齿节圆处的最小油膜厚度逐渐增加;随着输入扭矩的增加,轮齿节圆处的最小油膜厚度减小。     

基于Workbench差速器齿轮的疲劳分析

使用CATIA软件对差速器齿轮进行实体建模,通过Workbench软件的高效率模型导入功能实现了CATIA和Workbench的联合仿真,对差速器齿轮进行动力学分析以及疲劳分析。基于汽车在行驶过程中差速器的2个典型的工况下,建立齿轮接触有限元模型,分别计算齿轮啮合时的应力大小,以接触应力最大值作为计算差速器齿轮的疲劳分析输入值。结果表明,差速器齿轮的疲劳危险位置产生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根处,并且验证了此结果满足齿轮的寿命设计要求。所利用的Workbench快速获取零部件的相关疲劳寿命的方法,可以有效地降低产品的研发周期与成本,具有一定的工程意义。     

主减速器齿轮早期磨损原因分析与改进

从磨料磨损、黏着磨损、主、被动锥齿轮啮合间隙不统一、主动锥齿轮与主齿轴承座连接结构不合理、主、被动齿轮齿面硬度不均匀、差速器轴承预紧力的影响等方面分析主减速器齿轮早期异常磨损原因,通过加强装配控制、改进结构和工艺等措施,有效延长了主减速器的寿命。