斜齿轮时变摩擦激励与啮合效率研究

基于斜齿轮时变接触线长度变化规律,推导了斜齿轮摩擦力和摩擦力矩的解析算法;基于时变摩擦因数模型,研究了滑动摩擦对齿面啮合力和啮合效率的影响。结果表明,考虑滑动摩擦时,齿面啮合力小于法向力,齿面啮合力随转速增大而增大,随齿面粗糙度和润滑油黏度增大而减小,且在多齿啮合区影响更显著;在时变摩擦因数作用下,平均啮合效率随转速、转矩增大而增大,随齿面粗糙度增大而降低,尤其在低温润滑油黏度较大时,影响较大。     

圆柱人字齿轮各内激励因素对齿面振动影响比例分析

为了研究圆柱人字齿轮各内激励因素对齿面振动的影响,建立同时考虑时变啮合刚度激励、轮齿线外啮入冲击激励和齿侧间隙影响的圆柱人字齿轮耦合动力学模型;针对不同的载荷和输入转速工况,分别计算啮合刚度激励、啮入冲击力激励以及齿侧间隙对圆柱齿轮系统齿面相对振动的影响程度。实例仿真计算表明,人字齿轮各内激励因素中,啮合刚度激励对振动影响占主要成分;齿侧间隙影响则是低转矩下的影响高于大转矩下的影响,高转速下的影响高于低转速下的影响,即当低速重载下,齿侧间隙非线性因素对系统影响较小。总结的各激励成分对系统振动影响比例规律,能够为后续人字齿轮齿面减振降噪优化提供更合理的设计目标。     

考虑对流换热系数的非对称斜齿轮喷油润滑分析研究

针对非对称斜齿轮喷油润滑啮入侧喷油和啮出侧喷油两种喷油方式,运用计算流体动力学方法进行了研究。基于有限元方法得到了喷油润滑仿真模型的热边界条件;在CFX流体仿真软件中对非对称斜齿轮喷油润滑进行仿真计算,得到了喷油参数在不同喷油方法下对齿面对流换热系数的影响规律。啮入侧喷油润滑方法下,润滑油黏度增大,齿面平均对流换热系数将随着减小,但减小的趋势变缓;啮出侧喷油润滑方法下,随着润滑油黏度的增大,齿面平均对流换热系数逐渐减小,但减小的程度越来越缓慢,说明齿面平均对流换热系数受到润滑油黏度的影响越来越小。啮入侧喷油方法和啮出侧喷油方法下的齿面对流换热系数均随着喷油速度的增大而增大,线性变化明显。说明喷油速度对齿面平均对流换热系数的影响较明显。啮入侧喷油润滑方法和啮出侧喷油润滑方法在相同润滑油黏度和相同喷油速度条件下,啮入侧喷油方法时的齿面对流换热系数较大。     

涡旋压缩机涡旋齿侧壁油膜承载力仿真分析

为提升涡旋齿润滑性能,以某型号涡旋压缩机为研究对象,通过分析动、静涡旋体啮合点的运动规律,建立涡旋齿侧壁间动压润滑油膜的理论模型;利用有限差分法求解油膜压力分布,分析油膜承载力随主轴转角、主轴转速、润滑油黏度、偏心率及涡旋体高度的变化关系。结果表明:油膜承载力随主轴转角先减小,达到排气角时会陡增,随后再次减小,因此,在转角接近排气角处油膜承载力最小,最容易产生润滑失效;提高主轴转速,使用黏度大的润滑油可提高油膜承载力,转速越高,润滑油黏度对油膜承载力的影响越大;油膜承载力随偏心率增大而增大,但偏心率过大会导致油膜过薄,加剧磨损,偏心率过小会导致齿侧间隙过大,增大气体泄漏量;增大涡旋体高度可增加油膜承载力,但其增加的幅度不断减小。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

考虑润滑油齿面摩擦特性的齿轮啮合效率计算及优化分析

建立考虑润滑油对齿面摩擦特性影响的啮合效率计算数学模型，分析了温度和压力对齿轮啮合效率的影响规律，并提出啮合效率优化方案。结果表明，温度升高时，润滑油黏度下降，使得滑动摩擦损失增加，导致齿轮的啮合效率降低；当压力增大时，润滑油黏度会升高，使得滑动摩擦损失降低，导致齿轮的啮合效率增大；在高温和低压情况下，为保证齿轮的啮合效率，可以降低法向模数和齿顶高系数，提高法向压力角和螺旋角，合理搭配齿轮参数，选择满足啮合效率的润滑油。     

一种弧齿锥齿轮时变啮合刚度和传动误差半解析计算方法

弧齿锥齿轮时变啮合刚度传统计算方法大多采用有限元静态分析方法,但需计算多次,且采用节点弹性变形平均值计算的单齿啮合刚度存在较大误差。为此,改进了弧齿锥齿轮时变啮合刚度计算方法,在传统计算方法上引入单个节点啮合刚度,将工作齿面各个节点啮合刚度叠加,得到单齿啮合刚度,计算精度更高;基于有限元显式动态分析计算弧齿锥齿轮时变啮合刚度和传动误差,计算1次而不需要进行多次有限元分析,减少了整个计算时间周期。研究了不同负载转矩下时变啮合刚度和传动误差变化规律,分析了接触椭圆长轴长度、接触轨迹方向两个接触参数对时变啮合刚度和传动误差的影响。研究结果表明,时变啮合刚度和传动误差随负载转矩增大而增大,但时变啮合刚度峰-峰值和传动误差峰-峰值(PPTE)随负载转矩增大而变小;随着接触椭圆长轴长度增大,时变啮合刚度和传动误差呈增大趋势;随着接触轨迹方向增大,时变啮合刚度存在突增现象,而传动误差变化很小。     

高速人字齿轮副喷油润滑分析

喷油润滑的设计直接影响齿面润滑油膜分布,而齿面润滑油膜沉积铺展分析是喷油润滑设计的重要内容。本文基于计算流体动力学方法建立了人字齿轮的喷油润滑分析模型,计算了在不同啮合角度下特征齿面的油膜沉积铺展情况。结果表明:特征齿面上位于喷油口下方的区域润滑油的体积比较高,油膜厚度也较大;润滑油喷到特征齿面的油路受到周围轮齿的干涉后齿面润滑油的体积比出现明显下降;不同啮合角度下铺展形成齿面润滑油膜的分布和面积存在一定差异;啮合轮齿处于1.5°啮合角度时,啮入侧两个喷油口才会同时喷射润滑油到同一齿面,此时润滑油膜的面积较大。     

干运行弧齿锥齿轮齿面温升分析

根据啮合与成型原理,建立了弧齿锥齿轮齿面方程。采用有限元方法对弧齿锥齿轮进行了加载接触分析,获得了弧齿锥齿轮齿面10个啮合点的接触正压力、相对滑动速度以及摩擦因数。应用传热学原理,在对摩擦热源与热传导参数分析基础上,建立了弧齿锥齿轮啮合非稳态温度场有限元模型,仿真分析了齿轮干运行齿面温度场分布及其随时间变化规律。结果表明,弧齿锥齿轮干运行初始阶段,随着啮合周期的增加,齿面温度急速上升,之后上升缓慢,在温度上升的同时还出现与啮合周期相对应的波动;啮合转速增大使温度急速上升的时间延长,同时转速的增加导致更显著的温度上升。     

考虑齿面接触温度的齿轮系统非线性动力学建模及分析

为研究齿轮啮合过程中齿面接触温度对系统动力学的影响,基于Block闪温理论,计算主、从动轮的齿面闪温,推导齿面接触温度随时间变化的表达式,计算由齿面接触温度变化导致的齿廓形变;通过Hertz接触理论,推导随齿面接触温度变化的啮合刚度的表达式。建立综合考虑齿面接触温度、时变啮合刚度、齿面摩擦、齿侧间隙、综合啮合误差等因素的单级直齿圆柱齿轮系统非线性动力学模型。对该模型进行研究,分析摩擦因数、载荷对齿面闪温的影响及系统的动力学特性。计算结果显示,齿面闪温在齿根和齿顶啮合时达到最大,而在节点附近接近于零。这表明所提出的齿面闪温计算方法能在一定程度上反映齿轮啮合时的温度变化和滑动情况,该方法在计算齿面温度变化时其基本规律是正确的。对比考虑齿面接触温度与否的分岔图发现,齿面接触温度对系统动力学行为有明显的影响。     

齿面摩擦对多间隙弯扭耦合齿轮分岔特性的影响研究

为研究齿面摩擦影响下的齿轮分岔特性,基于集中参数理论,考虑了齿面摩擦、时变啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立了齿轮副6自由度的弯扭耦合振动模型;采用Runge-Kutta数值方法对模型进行求解,分析了随各种参数变化时,齿面摩擦对系统分岔特性的影响。结果表明,随着转速的增加,无齿面摩擦时混沌特性表现明显,且随着齿面摩擦的增大,系统混沌区域外部的分岔会带动混沌区域内部的分岔;随着齿侧间隙的增大,无齿面摩擦时系统振幅不断增大,且随着齿面摩擦的增大,混沌状态受到抑制;随齿面摩擦的增加,混沌区域的分块趋势和抑制效果随阻尼系数增大更加显著。     

联合仿真与试验探究润滑油黏度对齿轮振动的影响

为探究润滑油黏度对齿轮振动特性的影响,运用传动系统仿真软件Romax建立齿轮啮合润滑模型,分析了两种不同黏度润滑油时齿轮啮合润滑油膜厚度;在齿轮运转试验台架上对使用不同黏度润滑油的两对齿轮分别进行振动试验,采集振动信号数据;利用MATLAB对振动数据进行频域处理,对比结果并从齿面润滑状态以及微凸体相互作用的角度,对两对齿轮振动结果进行分析.分析结果表明:润滑油黏度对齿轮振动有较大影响,润滑油黏度越大,齿轮啮合时齿面间的润滑油油膜越厚,齿面间不易发生干摩擦,且微凸体碰撞就越弱,从而齿轮的振动频幅越小.     

直齿面齿轮啮合效率计算研究

基于直齿面齿轮啮合仿真和弹性流体动力润滑理论,提出了直齿面齿轮啮合效率的计算方法,揭示了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响。运用轮齿接触分析和轮齿承载接触分析技术,对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;运用非牛顿热弹流理论,建立滑动摩擦因数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型。计算结果表明,滑动摩擦因数是影响齿轮啮合效率的重要因素,齿面不同位置的滑动摩擦因数也不相同,滑动摩擦因数受到输入转速、输入扭矩的影响。     

渐开线重载齿轮传动非牛顿流体热弹流润滑分析

建立渐开线重载齿轮传动的非牛顿流体热弹流润滑模型,分别采用多重网格法、多重网格积分法、逐列扫描法计算齿面压力分布、油膜厚度和齿面温度,分析润滑油黏度和齿轮转速对重载齿轮传动接触疲劳寿命的综合影响。结果表明:在润滑油黏度和齿面综合速度乘积固定不变的前提下,同时改变其中任一量对轮齿接触应力没有影响。     

齿轮—转子耦合系统的动态响应及齿侧间隙对振幅跳跃特性的影响

为了模拟工程应用中齿轮—转子系统的动态响应,考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、静态传动误差、不平衡质量和弹性转轴的影响,建立齿轮—转子耦合系统的动力学模型。对动力学方程进行数值仿真,研究转速对动态响应的影响、齿侧间隙的变化对振幅跳跃现象的影响规律和转速与动态啮合力之间的关系。研究结果表明,随着齿侧间隙的增大,齿轮—转子系统的振幅跳跃现象变得更明显。振动加速度的频谱图主要包括啮合频率及其高次谐波。随着转速的逐渐升高,1倍频的振幅也逐渐增大,并且在啮合频率及其高次谐波附近还会出现边频带。动态啮合力的频谱图与动态响应的频谱图类似。对一个齿轮—转子试验台进行理论计算和试验测试,试验数据基本上验证对试验台的理论计算结果,试验测量结果和数值仿真之间的差别主要来源于建模误差和测量误差。     

无侧隙啮合斜齿行星传动系统动力学建模与分析

建立了一个包含无侧隙啮合、轴承间隙、时变啮合刚度、重力激励和其它外部激励的斜齿行星传动系统平移-扭转耦合动力学模型,研究了影响齿面接触状态的主要因素以及齿面接触状态对斜齿行星齿轮传动系统动态特性的影响规律。仿真结果表明,无侧隙啮合对斜齿行星传动系统的轴承力和齿面啮合力有显著的影响,无侧隙啮合与侧隙、轴承间隙密切相关,并且当行星齿轮的组件重力很大时,重力激励是造成无侧隙啮合的重要原因。     

具有轴间倾角的鼓形齿联轴器啮合状态及受力分析

为了分析鼓形齿联轴节存在轴间倾角情况时,内外齿的啮合特点以及产生的附加力矩,采用几何分析方法,计算得到齿面最小周向间隙作为内外齿接触条件,分析不同轴间倾角时内外齿接触对的接触点位置和齿面间隙;根据赫兹接触理论计算齿面接触点渗透量和接触力,从而计算联轴节的附加力矩。结果表明:轴间倾角存在使得内外齿啮合沿周向呈现不均匀分布,轴间倾角和齿面鼓度半径越大,其变化幅度越明显。当扭转力矩为额定转矩4 000 N·m,轴间倾角为1.1°,相对齿面接触力系数为3.3;接触齿对数大约占齿数的2/3。且扭转力矩越大,轴间倾角越小,接触的齿对数会逐渐增加直至全部接触。齿面接触点位置的偏移引起附加力矩使得联轴节产生绕垂直于轴线方向的转动趋势,计算条件下附加力矩约占扭转力矩的6%~15%,且随轴间倾角的增大而增大。     

螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响

为揭示螺旋锥齿轮真实齿面粗糙度与失油啮合条件下乏油寿命间的关系,根据微分几何与啮合原理,计算啮合点的弹流润滑参数;建立考虑齿面粗糙度影响的弹流膜厚方程,借助有限元方法求解Reynolds方程得到啮合过程中各啮合点的法向正压力和弹流润滑中心油膜厚度;通过修正螺旋锥齿轮光滑齿面的乏油寿命预测公式,计算不同粗糙度表面参数下的螺旋锥齿轮乏油寿命,分析粗糙度表面参数对其寿命的影响规律。结果表明,结果表明,失油条件下齿面啮合乏油润滑寿命较短,在合适的范围内,增大齿面粗糙度能提高乏油寿命,且相对光滑齿面,粗糙接触齿面油膜分布较均匀。     

高速啮合齿轮本体温度的相关影响因素分析

为分析啮合过程中高速齿轮各相关因素对其本体温度的影响,以标准渐开线高速齿轮为研究对象,基于有限元温度场分析,采用控制变量法,系统量化分析了相关因素对轮齿温度的影响规律及原因。结果表明,轮齿齿面各处本体温度随转速或转矩的增加而升高,且增幅程度逐渐降低;齿宽增加,各点本体升高;轮齿本体温度随模数增加而先减后增;大转矩或高转速下,转速、转矩、齿宽、模数对轮齿温度的影响加剧;轮齿齿面最大本体温度随齿轮箱空气和润滑油温度增减而小幅增减,且不受转速和转矩影响;齿轮端面和啮合面的传热系数对轮齿齿面本体温度影响程度较小,二者增加,齿轮齿面本体温度降低,反之升高。研究为降低齿轮高温失效风险提供参考。     

弧齿锥齿轮啮合过程动态应力分析

介绍了利用ANSYS对弧齿锥齿轮进行瞬态啮合的前置处理、划分网格、使加约束的方法。基于目前弧齿锥齿轮的应力分析研究现状。对齿面啮合质量进行了齿面接触分析(TCA),并且利用在CAE方面有很强能的ANSYS软件对弧齿锥齿轮进行啮合状态下的动态仿真[5-7],得到较为准确的齿面接触应力和齿根弯曲应力。建立了弧齿锥齿轮三维有限元非线性接触模型,对弧齿锥齿轮在一定的转速和负载转矩下进行了动态啮合仿真,得到了一个啮合周期下的齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力的变化规律。进行了轮齿加载接触分析(LTCA),得到了轮齿啮合传动中的齿面接触应力、弯曲应力变化过程。该方法可以进一步为弧齿锥齿轮强度分析和疲劳寿命计算提供理论依据。