基于分形函数的齿面粗糙度效应研究

为了从理论上探讨齿面粗糙度对齿轮传动接触疲劳应力的影响,首先借助分形函数模拟生成横向纹理粗糙曲线;然后将其叠加到油膜厚度方程中进而构建了重载齿轮传动混合弹流润滑模型。基于此模型,采用多重网格法进行了40组数值计算。结果表明:随着齿面粗糙度的增加,齿面平均油膜厚度几乎呈线性增加;而齿面接触应力则是先逐渐降低然后再不断变大,即二者之间呈抛物线关系。通过对计算结果的回归分析,建立了齿面接触应力与齿面粗糙度之间的定量关系。     

考虑表面粗糙度的面齿轮齿面接触应力分析

根据齿轮啮合原理,得出了面齿轮的齿面方程,求得面齿轮齿面曲率。结合赫兹接触理论,推导了点接触面齿轮传动接触点的接触应力及应力沿齿面的分布规律,从齿根到齿顶,齿面接触应力先增大后减小,在靠近齿面中点处达到最大值。由粗糙表面接触理论,分析了面齿轮齿面微观弹塑性变形时的接触面积,并得到粗糙齿面接触时面齿轮齿面接触应力及其分布。对比分析了几种不同粗糙度条件下面齿轮齿面接触应力的变化规律,结果表明:齿面接触应力随表面粗糙度的增大而增大,与齿根处相比,齿顶接触应力受表面粗糙度影响更大。文中的分析可为面齿轮磨损及润滑机理的研究提供依据。     

低速重载齿轮齿条传动机构混合弹流润滑分析

低速重载齿轮齿条传动机构广泛应用于矿山、水利等升降系统中,但由于其工况恶劣,极易发生磨损、胶合。以三峡升船机的大模数齿轮齿条传动机构为研究对象,建立瞬态混合弹流润滑模型,分析了其啮合过程中的润滑状态,并研究转速、齿面线接触载荷以及齿面粗糙度对润滑状态的影响。结果表明:在一个啮合周期中,啮入点是低速重载齿轮齿条在啮合过程中的危险点;在低速、重载工况下,齿面线接触载荷对啮入点润滑状态几乎不产生影响,而齿轮转速与齿面粗糙度对啮入点膜厚比的影响显著;另外,粗糙度纹理方向也会影响齿面润滑状态,其中横向粗糙度纹理能够使齿面具备较大的膜厚比,改善其润滑状态。     

渐开线圆柱直齿齿轮齿面接触应力精确计算方法研究

重载传动齿轮在油润滑条件下齿面仍出现点蚀痕迹,表明依据当前经验模型的齿面接触应力设计值偏小,同时也没有给出齿面接触应力最大值位置,因此对齿面工作应力做精确计算。分别用经验法、理论法和数值法计算某特种车辆用传动齿轮在重载工况下的齿面工作应力。理论法和数值法计算结果一致,最大接触应力位于齿面节圆偏下的位置,啮合时刻为齿轮从双齿啮合过渡到单齿啮合瞬间,工作应力值为经验模型设计值的1.1倍。     

探析粗糙齿面纹理方向对齿轮弹流润滑的影响

首先采用粗糙度轮廓测量分析仪测得了试件表面粗糙度,接着用傅立叶变换非线性逼近法建立了齿面粗糙度函数,然后将此函数叠加到油膜厚度方程中建立了齿轮传动混合弹流润滑模型。基于此模型,在齿轮传动参数固定不变的条件下,通过改变横、纵纹理方向的粗糙度值共进行了46组混合弹流润滑数值计算。结果表明,随着油膜比厚K的增大,纵向条纹下粗糙齿面平均膜厚与光滑齿面平均膜厚比值hav/has逐渐增大最后趋近于1,而横向条纹与之相反逐渐减小最后也趋近与1。最后,借助回归分析理论,建立了hav/has与油膜比厚K之间的定量关系。     

基于真实粗糙齿面的齿轮传动接触应力分析

现行齿轮传动接触疲劳强度的设计基础是仅适用于一对光滑表面之间干接触的赫兹理论,这显然与齿轮传动实际状况有一定差异。为获得齿轮传动实际状况的齿面压力分布、油膜厚度及轮齿接触区次表面的应力分布,基于实测所得的表面粗糙度数据,采用有限元法对重载齿轮传动进行混合弹流润滑数值分析。结果表明:粗糙齿面接触时的齿面压力分布及轮齿接触区次表面应力分布均明显相异于赫兹分布或基于光滑齿面全膜弹流润滑计算所得的相应分布;齿面粗糙峰谷的存在会使齿面接触应力比赫兹接触应力增大25%左右,且齿面平均油膜厚度的最小值及接触应力的最大值均发生在啮入点而非节点。因此,现行的以赫兹应力为基础、以节点参数为依据进行齿轮传动接触强度设计的做法有失科学性和安全性。     

直齿面齿轮加载啮合有限元仿真分析

研究正交面齿轮在加载条件下面齿轮啮合的传动性能参数、齿面接触应力和轮齿弯曲应力变化规律的有限元分析计算关键技术,以赫兹接触应力解析公式计算结果为对比,提出接触应力和弯曲应力计算的有限元网格密度确定方法。根据面齿轮重合度,分析面齿轮加载啮合仿真的五齿模型和七齿模型适用场合,给出面齿轮在啮合过程中的齿面接触应力和齿根弯曲应力最大值位置,计算面齿轮多齿模型接触应力及弯曲应力极值,准确得到面齿轮传动的重合度、传动误差、载荷分布系数等传动性能参数,以及载荷对这些传动性能参数的影响规律。研究结果表明,赫兹接触应力解析公式计算的结果合理地确定了有限元模型的网格密度,有限元仿真得到的应力值可靠,传动性能参数的分析结论正确。     

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。     

渐开线齿廓波度与齿轮传动性能的关联性

渐开线齿廓含有大量的波度信息,将其拓展应用,与齿轮传动性能间建立联系,具有重要的工程价值。研究带波度渐开线方程的构建原理,拟合基于实测齿面数据的波度曲线;构建不同正弦波度渐开线齿廓,基于啮合原理在时域和频域范围内分析了波度的波长、幅值和相位与传动误差的关联性,并采用实际齿面数据进行了验证;建立带波度渐开线齿面有限元模型,对齿轮传动过程中波度的波长、幅值和相位与接触应力的关联性进行了仿真分析;开展齿轮传动误差试验,验证了传动误差计算的正确性。结果表明,齿轮传动误差波动幅度大小对齿廓波度的幅值变化较敏感;齿廓波度的周期性与传动误差阶次成分相关;波度波动周期数增加,齿数对应倍数的阶次幅值显著增大;齿面接触应力的大小主要受齿廓波度幅值的影响;渐开线齿廓波度的波长、幅值和相位的变化与齿轮的传动误差、接触应力具有较强关联性,可以基于齿廓波度信息预报齿轮啮合传动性能。     

渐开线齿轮传动粗糙度系数的理论研究

首先通过实测获得了一系列具有横向纹理的表面粗糙度数据;然后,借助傅里叶非线性变换拟合出粗糙度函数,并将其叠加到油膜厚度方程中形成了混合热弹流润滑模型;基于此模型,针对中、重载渐开线直齿圆柱齿轮传动,通过改变粗糙度数据共进行了280组数值计算。计算结果显示:当齿面粗糙度的均方根值σ≤0.3μm时,粗糙齿面接触时的主剪应力最大值τ_(max,r)仅比光滑齿面的相应值τ_(max,s)大5%左右;但当σ≥0.5μm时,τ_(max,r)比τ_(max,s)约大15-20%。通过对计算结果的回归分析,建立了中、重载齿轮传动粗糙度系数的理论公式。