齿轮变位及修形对齿面接触温度的影响研究

研究了齿轮传动齿面温度计算方法,基于热冲击模型和赫兹接触理论,推导了齿面瞬时接触温度的计算公式,探讨了齿轮本体温度及闪现温度的计算问题,分析了齿轮变位系数和轮齿修形对齿面瞬时接触温度的影响,揭示了齿轮闪温沿啮合线的分布规律,研究结果表明:适当地选择齿轮变位系数和修形参数可以显著地提高齿轮传动系统的抗胶合性能,避免胶合失效发生。     

齿轮胶合的计算和试验研究

根据基于系统和时变观点的齿轮胶合机理分析［１］，研究了齿轮传动的啮合特点，并以非稳态齿轮本体温度场的有限元分析，计算了齿轮本体温度场的分布，结合文献［２］的研究结果，建立了齿轮传动的胶合计算方法。还介绍了作者进行的齿轮胶合试验，试验结果表明：利用本研究的计算方法得到的胶合载荷与试验结果基本相符，试验结果还表明：在同一种“油－材料”组合下，由作者设计的齿轮温度测量装量测出的发生初期胶合时的齿面温度不是一个常数，它与转速、扭矩、运转方式及油量等都有很大关系；初期胶合发生后，齿轮传动还可继续工作。因此本研究认为，监测初期胶合，对于防止齿轮传动发生胶合、咬死等重大损坏有重要意义。     

18CrNiMo7-6齿轮—4106航空润滑油摩擦学系统胶合试验与数据管理

针对常规浸油润滑齿轮胶合试验不能真实反映齿轮喷油润滑实际运行环境的问题，参考FZG A/8.3/90齿轮胶合承载能力试验方法，使用喷油润滑齿轮疲劳试验台，开展了4106航空润滑油喷油润滑条件下的18CrNiMo7-6渗碳钢制齿轮在磨削和喷丸工艺下的胶合性能试验；并基于两参数威布尔分布理论，实现了不同可靠度下的齿轮胶合性能评价。进一步，基于Python语言和轻量化数据库SQLite开发了齿轮胶合试验数据管理系统，以实现胶合试验数据的有效管理和高效利用。研究表明，同样工况和工艺条件下，齿轮胶合失效的临界FZG载荷级存在2～3级的分散性；基于GB/Z 6413.1—2003闪温法发现，在4106航空润滑油喷油润滑条件下，对于50%、90%、99%可靠度，喷丸工艺状态的齿轮胶合温度分别为212.55℃、183.22℃、152.24℃，相比磨削工艺状态分别提升了1.51%、7.31%、14.99%；开发的数据管理系统实现了胶合试验数据流程管理，通过系统中的两参数威布尔分布拟合功能，可获取不同可靠度下齿轮胶合温度，为评估齿轮胶合承载能力提供了高效工具。     

基于热-结构耦合的圆柱齿轮副修形分析

为研究修形对齿轮副本体温度和齿面压力分布状态的影响,以渐开线直齿圆柱齿轮副为研究对象,基于齿轮箱喷油润滑热流耦合仿真,计算了齿面对流换热系数,综合有限元加载接触分析及齿面摩擦生热理论求得齿面热流密度,计算了齿轮副本体温度分布状况;进而建立热-结构耦合分析模型,计算了齿轮修形量,对比分析了修形前后齿轮副齿面压力、热流密度和本体温度分布状况。结果表明,修形后齿面压力分布状况改善,消除了轮齿啮合过程中载荷突变现象,啮入和啮出区域热流密度大幅度减小,齿轮副摩擦损失和温升减小,本体温度降低。     

基于积分温度法的点线啮合齿轮热胶合计算研究

参照渐开线圆柱齿轮热胶合计算方法,在平均磨擦因数中相对曲率半径计算中,根据点线啮合齿轮啮合过程中两种节点位置及受载情况,提出了相对曲率半径计算公式.根据点线啮合齿轮的载荷分配情况,推算了节点前后啮合状态和接近节点啮合状态的重合度计算公式.提出了啮入系数中的点线啮合齿轮齿顶圆直径计算公式.     

齿轮抗胶合强度计算方法研究

基于Blok接触温度准则,本文通过对包括变位系数,刀具压力角和齿顶高系数等几何参数的优化,简化了直齿轮最大瞬时闪温的计算过程,提出了一个综合参数Gm-平均等抗胶合几何参数,并且给出了不同齿数比时该参数的具体数值;得到了含Gm的最大闪温的显示表达式,此推导出可用于齿轮最佳抗胶合强度设计的公式,实现了先确定小齿轮分度圆直径,进而计算齿轮其余全部参数的设计目标,另外,本文还建立了模拟试验胶合载荷和实际运用齿轮传动载荷间的对比换算,所推导的计算公式形成了齿轮抗胶合强度的完整计算体系,最后以实例验证了计算公式的有效性。     

硬齿面齿轮胶合失效载荷级与干摩擦系数及合金元素含量的关系研究

针对我国齿轮胶合承载能力计算方法标准等同采用ISO相关标准,其主要计算及试验数据是否适用于国产齿轮材料及加工工艺的问题,对国产6种硬齿面齿轮材料,采用FZG齿轮试验机法及MM-200滚子摩擦磨损试验机法,分别进行了齿轮胶合失效载荷级、滚子干摩擦系数测试及材料中合金元素的含量分析,提供了齿轮胶合强度计算用的抗胶合承载能力试验数据。研究结果表明:采用干摩擦系数来估算处于边界润滑状态的齿轮胶合失效时的齿面赫兹应力是可行的;硬齿面齿轮材料中,合金元素含量对材料的导热系数及硬齿面齿轮胶合承载能力影响较大;相比其它5种经渗碳淬火处理的齿轮材料,经离子氮化处理的25Cr2MoV材料有着较高的抗胶合承载能力。     

非对称渐开线斜齿轮传动的热力耦合分析

通过对非对称渐开线斜齿轮啮合面的分析,得到了啮合面摩擦热流量的分布规律。基于APDL建立了非对称渐开线斜齿轮的有限元温度场分析模型。考虑温度对接触压力的影响,对非对称渐开线斜齿轮进行了热力耦合分析。结果表明:达到热平衡时,非对称齿轮本体温度最大值比对称齿轮低约18%,因而非对称齿轮能有效提高轮齿齿面抗胶合能力;由于本体温度的影响,接触应力增大了约16%,温度引起的热弹变形对齿轮载荷分布和应力产生了较大影响。     

考虑黏压效应的风电齿轮热弹流分析

在线接触热弹流润滑的基础上,考虑黏压效应,对风电行星轮系齿轮副进行热弹流润滑数值分析,并采用热弹流润滑数值方法和ISO/TS 6336-22计算了齿轮副的最小油膜厚度、安全系数和闪温温度,并比较各主要啮合点的压力和油膜厚度分布。结果表明：与使用ISO/TS 6336-22计算的结果对比,采用热弹流润滑理论计算的油膜更厚,但安全系数更小;在风电齿轮副热弹流润滑分析时应考虑压力对黏度的影响;风电主齿轮箱齿面因啮合产生油膜厚度随温度增加会迅速降低,最小油膜厚度会随载荷增加迅速减小,因此风电齿轮箱要保证足够的润滑,并尽量避免在高于额定载荷下长时间持续运行     

点线啮合齿轮冷胶合计算研究

根据弹性流体动力润滑理论,运用道森和希金森公式计算点线啮合齿轮各啮合点最小油膜厚度及膜厚比以估计齿面间的润滑状态,判别是否产生冷胶合.推导啮合点的综合曲率半径计算公式,确定啮合点单位齿宽法向载荷.根据点线啮合齿轮实际发生冷胶合的位置,确定了最小油膜厚度计算点,并根据大量实际计算提出修正后的最小油膜厚度计算公式.     

弹流润滑下高速直齿轮稳态温度场研究

针对高速直齿轮真实啮合状态建立了线接触弹流润滑的计算数学模型,包括Reynolds方程、膜厚方程、载荷平衡方程等;利用数值方法求解了高速直齿轮在弹流润滑条件下不同啮合位置的摩擦因数,利用摩擦学和传热学得到了轮齿不同表面上的传热边界条件。采用基于热网络法的Patran和Sinda软件联合热分析方法建立了高速直齿轮单齿网络模型并获得了轮齿的稳态温度场分布,通过齿轮试验台测温试验得到了试验条件下直齿轮稳态温度分布,并与仿真结果进行了对比,论证了仿真方法的可行性。     

反推齿轮胶合临界温度可靠性的试验研究

本文提出了用闪温准则反推齿轮胶合临界温度的计算方法，进行了大量齿轮抗胶合承载能力试验，根据试验结果对５０号机械油的临界温度进行了反推计算，分析和对比结果表明，该计算方法是可靠的，试验方案设计是合理的，为确定各类油品润滑时齿轮胶合临界温度奠定了基础。     

齿廓修形斜齿轮沿接触线的弹流润滑计算

应用多重网格法，在三条接触线上同时获得具有典型弹流润滑特征的压力分布和油膜形状，进而计算了接触线上的载荷分布：通过修形，改善了齿面的润滑状况。提高了齿轮的抗胶合能力。     

变速变扭高承载齿轮传动胶合失效边界研究

面向工程机械、航空航天、轨道交通、电动汽车等驱动装置变速变扭的服役特性,阐述了齿轮传动热胶合失效的损伤机理,构建了热胶合影响多因素耦合的关联关系,分析了常用设计元素传递转矩、齿轮转速、油液黏度以及润滑油温变化对齿面接触温度的影响,形成了与提高热胶合承载能力相应的设计思路;同时,针对18CrNiMo7-6渗碳淬火+ISO-VG 220润滑油组合传动齿轮开展了系列试验测试,明确了齿面接触温度与润滑油膜厚度在热胶合分析中的作用权重。所测定的热胶合失效边界温度,可为变速变扭齿轮传动工程设计热胶合承载能力的精确评估提供数据基础。     

渐开线圆柱直齿轮本体温度的边界元法分析

为了准确快速地计算齿轮本体温度,本文应用边界元法的原理分析研究了渐开线圆柱直齿轮的本体温度。根据传热学及边界元方法的特点,提出了齿轮模型边界条件的一种简化处理方法,对实例进行了分析计算。比较了边界元法与有限元法的计算结果,两种计算结果基本接近,但前者数据输入量少,可节省大量机时。文中还分析研究了齿轮本体温度的主要影响因素。     

基于红外热像技术的喷油润滑齿轮齿面温度实验研究

齿轮的齿面温度与齿轮的多种失效形式有关,对齿轮温度进行快速、准确的测量对预测齿轮的失效与改进润滑系统的设计具有重要的实际意义。将红外热像技术应用于齿面温度的测量,提供了一种喷油润滑齿轮红外测温的方法;并在改装后的齿轮试验机上对不同工况下的齿轮齿面温度进行了测量,研究了喷油压力、扭矩载荷及转速对齿面温度的影响关系。     

基于ABAQUS的滤波减速器的齿轮本体温度场分析

对设计的一种新型滤波传动件进行受力分析,采用C语言编程计算的方法,对滤波减速器齿轮啮合齿对的相对滑动速度及啮合齿面的单位面积的摩擦热流量进行分析计算,确定滤波减速器齿轮本体温度场热分析的边值问题、加载参系数后,应用有限元分析软件ABAQUS进行分析计算,分析齿轮的本体温度场分布情况.结果表明:在载荷一定的条件下,随着转速的增加,单位面积的摩擦热流量也随之增加,但温度场的分布不会因转速的变化而改变;齿轮上温度场分布不均匀,最高温度点出现在齿轮接触面靠近节线处,最低温度出现在轮齿端部,这会造成齿轮的热应力变形,导致减速器承载能力下降、传动精度降低、使用寿命缩短.     

低速重载开式齿轮齿条传动润滑状态分析

采用三峡升船机齿条性能评定试验装置,研究低速重载、频繁换向条件下开式齿轮齿条的润滑状态。对开式齿轮齿条油膜厚度计算模型中润滑油的压黏系数进行修正以适用高黏度润滑油,利用油膜厚度准则对开式齿轮齿条的润滑状态进行分析。结果表明,采用油膜厚度准则能相对准确地判断低速重载开式齿轮齿条传动的润滑状态;转速、载荷对润滑状态有很大的影响,齿轮齿条换向时,润滑状况相对恶劣,易磨损、胶合,应尽量减小载荷和齿面粗糙度,增大润滑油黏度。     

齿轮传动热弹性流体动力润滑

本文考虑润滑流体的可压缩性和齿轮传动重合度对轮齿载荷的影响，对渐开线直齿轮传动进行热弹液完全数值解；计算分析了传化比、模数以及中心距等齿轮润滑性能的影响，获得了齿轮传动沿啮合的中心油膜厚度、中心压力、温度以及轮齿表面摩擦系数等分布规律。     

少齿数非对称齿轮热弹流润滑特性建模分析

少齿数非对称齿轮以其小体积、大传动比和高承载能力等优势,在各领域得到越来越广泛的应用。而良好润滑条件下,参数变化对少齿数非对称齿轮的热弹流润滑性能具有重要影响,同时对齿轮的传递效率和寿命具有重要影响。基于赫兹接触理论和热弹流润滑理论,建立少齿数非对称齿轮热弹流润滑数学模型。通过有限差分法对方程组进行差分离散,利用Newton-Raphson方法对Reynolds方程进行完全数值求解,获得油膜压力和油膜厚度的分布情况。通过超松弛迭代计算方法求解热弹流润滑方程组,得到少齿数非对称齿轮副啮合线上5个特殊点的热弹流润滑特性,分析压力角、变位系数、载荷和转速与油膜厚度、压力和温度之间的变化规律。结果可知:温度最大值出现在啮入点,节点处的油膜温度接近稳态润滑油的温度,油膜温度和油膜压力的变化趋势一致。