【摘 要】
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现代工业中,齿轮被广泛使用。但在一些高速重载的工况环境中,对齿轮材料性能要求更高,而人字形齿轮因其结构,具有很强的承载能力,并且传动过程中平稳性好和效率高,在航天航空和船舶等领域被广泛使用。但人字齿轮在高速重载传动过程中,齿面的摩擦产生大量热,导致齿轮轮齿承受热负荷增高,温度过高会降低传动效率,还会引起轮齿得润滑性能降低和轮齿表面变形,进而影响齿面瞬时温度,从而导致齿轮齿面发生胶合。因此,本文以人
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现代工业中,齿轮被广泛使用。但在一些高速重载的工况环境中,对齿轮材料性能要求更高,而人字形齿轮因其结构,具有很强的承载能力,并且传动过程中平稳性好和效率高,在航天航空和船舶等领域被广泛使用。但人字齿轮在高速重载传动过程中,齿面的摩擦产生大量热,导致齿轮轮齿承受热负荷增高,温度过高会降低传动效率,还会引起轮齿得润滑性能降低和轮齿表面变形,进而影响齿面瞬时温度,从而导致齿轮齿面发生胶合。因此,本文以人字齿轮传动为研究对象,基于齿面接触分析技术、齿面承载接触分析技术和热弹流润滑理论,结合Blok闪温理论对人字齿轮传动进行闪温计算与胶合分析,为后续人字齿轮传动系统的进一步研究以及轮齿修形设计建立了理论基础。本文的主要研究内容如下:(1)基于齿面接触分析,以人字齿轮传动为研究对象,推导了人字齿轮齿面间的基本啮合公式,并展开了对人字齿轮单侧轮齿实际啮合线长度与总重合度的分析计算,结合实际啮合过程,通过对齿面接触线变化过程的分析,推导了人字齿轮一侧单个轮齿的接触线长度变化公式,最终得到了啮合过程中单个轮齿的接触线长度与总接触线长度的变化。(2)建立了人字齿轮局部接触区域分析模型,推导了人字齿轮左右两侧轮齿齿面接触区域的长轴和短轴长度相关函数式,在此基础之上,对局部接触区域进行精细网格划分,进而将局部接触区域离散成了m×n个小矩形区域,推导了齿面接触点的相对滑动速度与综合曲率半径公式,同时根据齿面承载接触分析技术,建立了基于人字齿轮传动系统的承载接触耦合分析模型,展开了对人字齿轮传动系统的齿面承载接触分析研究,得到了人字齿轮左右两侧齿面载荷分配系数,并且为使人字齿轮避免偏载的发生,采用主动轮轴向浮动安装的方法,使得左右两侧齿面载荷分配均匀。(3)通过对齿轮热胶合破坏机理的分析,结合热弹流润滑理论,建立了点接触热弹流润滑分析模型,从而得到了人字齿轮点接触热弹流润滑控制方程,并对弹流润滑控制方程进行无量纲化处理,选取人字齿轮左右两侧齿面啮合起始位置、节点和啮出点三个具有代表性的特殊位置,得到了人字齿轮传动系统在高速重载工况下的润滑特性,并对人字齿轮传动系统在不同转矩和转速工况下的润滑特性展开了进一步研究,分析结果表明:随着输入转矩的增大,油膜压力随之增大,因此,油膜厚度随之减小,油膜中心温度也随着增大;当输入转矩不变,而转速增加时,油膜中心压力几乎保持不变,但膜厚有一定减小,而油膜中心温度则随转速升高而上升。(4)基于人字齿轮齿面承载接触分析,结合Blok闪温理论,建立了基于齿面承载接触分析技术的闪温计算离散式,得到了人字齿轮左右两侧齿面闪温分布情况,并将Romax仿真结果、热弹流润滑计算结果和传统ISO计算方法结果与之进行对比分析,结果表明:本文基于齿面承载接触分析技术的闪温理论计算结果与Romax仿真结果、热弹流润滑计算结果和传统ISO计算方法结果相差最大不超过6%,进一步与验证了本文闪温理论计算方法的准确性与可靠性。最后展开了不同参数对齿轮闪温系统的影响分析,并采用最高接触温度判别法对高速重载下的人字齿轮传动系统进行胶合验算。
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