滤波减速器润滑特性研究

为了研究啮合位置、载荷、转速等因素对滤波减速器润滑特性的影响, 建立了滤波减速器的内啮合润滑模型,将牛顿(有限元)法应用到弹流润滑方程组的求解中,利用Matlab软件,采用数值计算方法,实现了弹流润滑方程组的完全数值解,得到了滤波减速器轮齿在不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下啮合轮齿表面油膜压力和油膜厚度值,分析了不同啮合位置、不同载荷以及不同转速下轮齿所处的润滑状态,得到了啮合位置、载荷以及转速等因素对轮齿润滑特性的影响规律.结果表明：在轮齿的啮入、啮出及节点处,润滑薄膜厚度值不一样,节点处的润滑膜厚值最小;载荷增大时,轮齿表面油膜压力会变大,而油膜厚度会变小;转速增高时,油膜厚度会变大,而油膜压力变化不大.     

基于弹流润滑理论的非对称齿轮胶合强度多目标优化

为提高双压力角非对称齿廓齿轮的设计质量,缩短设计周期,依据弹性流体动力润滑理论,通过范例,以齿间最小油膜厚度最大和齿轮传动总体积最小为目标函数,按照粒子群优化算法,利用MATLAB编制优化程序,进行约束多目标优化设计.在此基础上,根据齿轮啮合原理和现代摩擦学原理从数学逻辑关系和物理机理上分析了目标函数对各个设计变量的灵敏度.研究结果表明:非对称齿轮的体积随模数和齿宽的增加而增加,对模数的敏感程度大于齿宽;齿间最小油膜厚度随模数、齿宽、压力角及变位系数的增加而增加,其敏感程度依次为压力角、模数、齿宽和变位系数;压力角是影响弹流润滑齿间最小油膜厚度最重要的因素,在工作齿侧适度增大压力角可以显著增大最小膜厚;大、小齿轮的变位系数对最小油膜厚度具有同等的影响程度.     

混合弹流润滑下内啮合直齿轮动态特性磨损退化研究

针对现有磨损计算方法难以求解混合弹流润滑下内啮合齿轮磨损的问题,提出了黏着磨损与弹流润滑耦合的计算模型。根据弹流润滑理论计算油膜刚度,并将油膜刚度、齿面接触刚度以及承载系数结合构建了混合弹流润滑条件下的综合刚度模型以完善动力学模型。为深入分析混合弹流润滑下动态啮合力与磨损量之间的关系,将累加的磨损量作为齿侧间隙代入到动力学模型中,最终得到不同啮合次数下的动态啮合力和磨损量。考虑动态啮合力与润滑的影响能够呈现静态干摩擦中所没有的啮合动态冲击特性。计算结果表明:进入段的磨损量大于退出段的磨损量;动态啮合力会随着磨损量的增加,在进入段增大,在退出段减小;在磨损初期动态啮合力会随着磨损量增加迅速收敛;油膜刚度对动态啮合力较为敏感,而不会受初期磨损的影响;综合刚度与承载系数在初期磨损时不会变化。     

考虑动载荷和表面粗糙度的渐开线齿轮摩擦因数的研究

 进行齿面摩擦因数的研究,对于减少摩擦损失、改善系统传动性能等具有重要的意义．建立渐开线圆柱齿轮的非线性时变单自由度动力学模型,求解得到动态啮合力和单对轮齿的受力．结合载荷分担概念和弹流润滑理论,得到考虑表面粗糙度和动态载荷的不同啮合位置处的齿面摩擦因数,并与静态载荷条件的结果进行对比．同时分析转速、表面粗糙度和润滑剂黏度等工作条件对摩擦因数的影响．研究结果表明：动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例和摩擦因数均有一定程度的影响．进入啮合段,油膜较薄,油膜承载比例较低.退出啮合段,油膜增厚,油膜承载比例增高.转速对摩擦因数的影响并非单调的,摩擦因数先是随着转速的增大显著减小,而后随着转速的增大而增大．随着表面粗糙度的增大,摩擦因数随之明显增大．在一定的黏度范围内,随着润滑剂黏度的增大,摩擦因数随之明显减小．     

基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的16自由度人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立系统的振动微分方程。根据人字齿轮副的啮合特性,通过数值积分方法分析了轮齿的啮合力,时变摩擦力和摩擦力矩,并采用基于弹流润滑理论(EHL)的摩擦因数计算模型计算了齿面摩擦因数。为了分析齿面摩擦对人字齿轮副周期振动及分岔特性的影响规律,比较了有无考虑齿面摩擦时系统的周期振动时域响应、振动位移分岔图及最大lyapunov指数变化图。结果表明,齿面摩擦导致齿轮副垂直于啮合平面方向的振动位移加剧,且减弱了齿轮副沿啮合线方向的振动。同时,齿面摩擦的存在使得系统提前进入混沌,且抑制了系统的混沌运动。文章的研究成果有助于进一步认识齿面摩擦对人字齿轮传动周期振动及非线性振动特性的影响,为人字齿轮传动设计提供技术依据。     

基于弹流润滑与动力学耦合的WN齿轮传动的强度设计

提出应用动力学与弹流润滑耦合原理进行WN (Wildhaber Novikov)齿轮强度分析的方法.依据振动学、油膜承载机理及其数值分析法,结合WN齿轮啮合原理,创建了该齿轮传动润滑与振动力学耦合分析模型.利用齿轮副的接触弹性和接触衰减描述轮齿弯曲载荷,考虑了啮合中同时啮合齿数变化对其刚度的影响,进行了啮合过程中多因素综合情况下的强度分析.计算分析与实验结果相符,为WN齿轮传动及其结构强度优化设计提供了参考.     

摆线针轮传动接触热弹流润滑特性

针对摆线针轮行星传动啮合过程中啮合齿面摩擦行为影响系统动态特性、传动效率及接触疲劳特性等问题,基于牛顿流体及指数率、Ree-Eyring模型建立摆线针轮线接触时变热弹流润滑数值分析模型,获得理想安装的摆线针轮副完整啮合周期内摩擦力、摩擦系数及摩擦损失功率变动。结果表明,基于牛顿流体及指数率流体模型所得摩擦系数与工程实际不符;基于Ree-Eyring模型纯滚动啮合产生的热效应在重载下对啮合过程中膜厚、摩擦损失功率影响较大,对压力、摩擦系数影响较小。研究非牛顿流体特征参数与摆线针轮传动设计参数对啮合中摩擦系数、摩擦损失功率影响规律表明,流体特征应力增加摩擦系数及损失功率均减小;短幅系数取较大值时大部分啮合区间摩擦系数增加、摩擦损失功率减小。     

基于弹性共轭理论的彭形齿联轴器啮合状态数值分析

本文基于弹性共轭曲面啮合理论,在弹性共轭曲面的基础上,研究了共轭齿面彭形齿联轴器啮合传动过程,并通过建立轮齿齿对的啮合一量地分析了该传动件的呛合齿对数和重迭系数。     

急停冲击对滚子副弹流润滑影响

采用光干涉技术在自行研制的有限长线接触油膜厚度测量试验台上测量滚子副急停过程的弹流油膜,讨论载荷影响;用多重网格技术对滚子副急停过程弹流润滑问题进行数值仿真。结果表明,滚子副急停过程产生的冲击与载荷密切相关,滚子副中油膜形状及厚度随载荷不同发生变化;由定性对比知理论与试验结果吻合较好。急停引起的冲击对滚子副润滑性能有一定影响。     

不同速度、载荷下点接触弹流润滑计算

人造织构表面在润滑条件下,较光滑表面提高了润滑性能,减少磨损.为了深入了解织构表面形貌对流体润滑影响的机理,本文提出了规则凹坑表面油膜压力的计算方案和公式,比较了粗糙表面与光滑表面的最小油膜厚度和压力分布.结果表明,低速、低载时,规则凹坑表面具有更大的最小油膜厚度,更接近弹流润滑的典型膜厚,而接触面间的最大油膜压力降低.     

基于弹性共轭理论的鼓形齿联轴器啮合状态数值分析

本文基于弹性共轭曲面啮合理论,在弹性并轭曲面的基础上,研究了共轭齿面鼓形齿税轴器啮合传动过程,并通过建立轮齿齿对的啮合条件,定量地分析了该传动件的啮合齿对数和重迭系数。     

求解线接触热弹流润滑问题的多目标最优化方法

本文给出了求解线接触热弹流润滑问题中线非线性方程组的多目标最优化方法，该法把求解润滑油膜压力函数和油膜厚度函数的微分方程转化成为求解一个双目标优化问题，求得了压力和膜厚的解析解，所得结果符合热弹流润滑的经典理论。     

基于最小动态传动误差波动量的斜齿行星轮系齿轮修形研究

为抑制系统的振动和噪声,以动态传动误差波动量为指标,研究了斜齿行星轮系的齿轮修形策略。采用集中参数法建立了斜齿行星轮系的弯—扭—轴—摆耦合动力学模型,进而运用Runge-Katta法求解了各齿轮副的动态传动误差;借助Romax软件,数值仿真了轮系中各齿面的接触载荷;齿轮未修形时,轮系中各啮合副的动态传动误差波动量大、齿面载荷分布不均、存在明显的啮入啮出冲击;因此,针对该斜齿行星轮系制定了齿向鼓形、齿廓渐开线的修形策略;基于齿轮啮合原理,推导了修形函数在啮合线上的分量,并将其计入行星轮系的动力学模型,再通过数值计算,获得计入齿轮修形效应的各啮合副动态传动误差;运用响应面法拟合出齿轮修形量与啮合副动态传动误差波动量之间含交叉项的二次多项式函数,取其最小值对应的设计变量值为内、外啮合副独立修形时的最佳修形量;在此基础上,以内、外啮合副独立修形时的最佳修形量为设计变量均值,进一步拟合出斜齿行星轮系综合修形的响应面函数,并通过求解函数最小值获得轮系最佳修形量组合;最后,比较了修形前、后斜齿行星轮系的动态特性。结果表明:所提的修形方法能有效改善齿面受载状况,使各齿轮副的动态传动误差波动量降低到4μm以内。     

计及齿面摩擦的直齿轮动力学分析

建立了考虑齿面摩擦影响的六自由度非线性直齿轮动力学模型,以FZG试验专用A型齿轮为研究对象,计算了实际时变啮合刚度,基于混合润滑模型分析了不同齿面粗糙度对应的时变摩擦系数,利用数值仿真方法研究了齿面粗糙度改变对齿轮啮合力、摩擦力、轴承力以及动传动误差等信号的时频特征的影响,并利用FZG试验台对A型齿轮具有完好齿面和损伤齿面两种状态下的多个振动加速度时频信号进行比较分析,验证了仿真结果。结果表明：齿面摩擦力会抑制啮合线方向的振动,齿面粗糙度增大会减小动传动误差,但加剧摩擦力方向振动,从而导致系统振动幅值增加,结论对齿面微损伤的故障诊断有实用参考意义.     

基于齿轮动态激励和弹流润滑的多目标优化

依据齿轮啮合动态激励基本原理和弹性流体动力润滑理论,建立同时追求齿轮啮合时变刚度激励最小、齿间最小油膜厚度最大(倒数最小)及齿轮传动总体积最小的约束多目标优化设计数学模型.对现有的用于两目标优化设计的粒子群优化方法加以改进,给出了约束3目标优化设计方法.利用Matlab编制优化程序,并对范例进行分析计算.优化过程及结果表明,采用较多的齿数,在小于1的范围内采用较大的正变位系数,适度采用较大的压力角可以增大轮齿啮合综合刚度谱图中基频谐波的幅值,有效地提高齿轮传动系统抵抗内部激励振动的能力及性价比.     

摆线针轮传动线接触弹流润滑分析

对摆线针轮线接触弹流润滑进行数值分析,得出啮合过程中最小膜厚,与经验公式对比,验证模型的正确性。以摆线轮θ=arccos K1处润滑状态作为判断依据,研究载荷、转速和流变指数对摆线针轮传动润滑状态的影响规律。结果表明:随着转速提高,二次压力峰高度降低并向入口区移动,膜厚相应增加;而随着载荷增加,接触区变宽,二次压力峰增加且向出口区移动,膜厚略微减小;流变指数n增加,二次压力峰先增加后减小,最后趋近于Hertz压力,并向出口区移动,膜厚相应减小。讨论了短幅系数k1对润滑的影响,表明在满足设计要求情况下,短幅系数k1减小,有利于提高润滑性能。     

圆柱滚子轴承混合润滑状态下的超声法膜厚测量

圆柱滚子轴承由于其线接触特点被广泛应用于各类低速重载工况下的大型设备中,其运行性能和稳定性与滚子和内外圈间的接触润滑状态密切相关;基于等效刚度的超声法可用于实际工况的滚子轴承弹流润滑油膜厚度测量,但无法直接适用于低速重载工况下流体润滑和粗糙峰接触共存的混合润滑状态膜厚测量。为此,提出了一种混合润滑状态下的超声测量方法,建立了界面油膜刚度和粗糙体接触刚度的并联模型,通过引入接触系数并结合经验公式对超声法所测界面总刚度进行分解,获取混合润滑状态下的油膜刚度,进而得到更加准确的油膜厚度。将实验结果和理论结果的对比分析,验证了该模型的可行性和有效性。     

摆动工况下光干涉弹流润滑试验机的设计

 摆动是较为典型的机械运动方式,为了揭示线接触副在此运动状态下的弹流润滑问题,根据波动光学干涉原理,研发出一套摆动工况下的光干涉实验装置,开展有限长线接触弹流润滑油膜成膜机理的实验研究.初步实验表明,该实验台可以有效地工作在摆动工况下,测量滚子类线接触弹流润滑接触表面的油膜形状及其变化情况．     

齿面三维修形对人字齿轮振动特性影响分析与试验研究

针对航空、航海等重要场合应用的高精度圆柱人字齿轮,提出对小轮齿面采用四次抛物线式三维修形,并以三次B样条曲线拟合包括修形和误差的精确齿面模型。综合考虑传动误差激励和啮入冲击力激励,建立滚动轴承支撑人字齿轮副啮合型弯-扭-轴耦合十二自由度振动模型,实例分析了齿面修形对人字齿轮齿间振动内激励因素的影响。选取承载传动误差波动幅值、啮入冲击力幅值以及轮齿啮合振动加速度均方根值作为多目标动力学优化函数;利用改进的自适应遗传算法对修形设计参数进行优化。结果表明:修形前后啮合线方向轮齿相对振动加速度均方根值降幅为20.42%,取得了较好的减振降噪效果。搭建封闭功率流式人字齿轮振动测试试验台,采用海德汉圆光栅对修形前后人字齿轮啮合线向振动加速度进行测量,理论计算与试验测量基本趋势保持一致,最大误差不超过14.5%。     

基于多参数耦合的滚动轴承油膜刚度分析

针对传统经验公式难以准确反映滚动轴承正常工作时油膜刚度动态变化的问题,根据滚动轴承运行时油膜状态分布,基于非Newton流体弹流润滑理论,考虑表面粗糙形貌、热效应、时变效应等因素,建立滚动轴承油膜刚度计算模型。通过数值计算,得到一个完整工作周期内油膜压力、膜厚、温度和刚度变化规律。结果表明:油膜刚度在一个周期内呈非线性变化,并随载荷、黏度、表面粗糙度幅值的增大而增大,随卷吸速度的增大而有所减小;油膜刚度的振荡频率随表面粗糙度波长和粗糙表面纹理走向与轴承滚动方向夹角增大而增大;滚动轴承正常工作时,油膜的温升最大,内圈次之,滚动体最小且不可忽略。