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《吉林大学》 2010年
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凹坑型仿生形态汽车齿轮耐磨性能试验研究与数值模拟

董立春  
【摘要】: 汽车齿轮是传递行驶动力的主要部件,其耐磨性能的好坏直接影响齿轮的使用寿命。由于汽车齿轮传动本身具有重复性强,连续工作的特点,加之又在循环交变应力的作用下,其齿面啮合区域经常磨损很严重,导致轮齿齿面疲劳失效,发生点蚀、胶合等现象,降低了齿轮的使用寿命,影响汽车的正常运行。因此,如何提高齿轮的耐磨性及延长其使用寿命成为目前汽车齿轮行业急需解决的难题。 本论文是在已有的仿生耐磨设计与制造技术研究的基础之上,针对汽车齿轮磨损严重的问题,以模型试验为基础,设计制作了凹坑型仿生形态汽车齿轮,从功能表面仿生角度来解决这一问题。 将齿轮的啮合传动简化成了两个圆柱体的表面既有相对微小滑动,又有啮合滚动的运动形式;在模型试验中,设计了九种不同尺寸与分布的微观凹坑型仿生表面形态,利用激光图形雕刻技术在环块样件的外表面加工形成了九种凹坑型仿生形态,进行了光滑与凹坑型仿生形态环块样件的摩擦磨损对比试验,试验表明仿生形态样件耐磨性可以提高41%。 利用ANSYS有限元分析软件,完成了光滑与凹坑型仿生形态环块样件接触问题三维数值模拟,得到了光滑与凹坑型仿生形态环块样件接触的等效应力、接触应力与接触渗透量的分布云图,并对比了光滑与凹坑型仿生形态环块样件应力大小,九种凹坑型环块样件接触的等效应力、接触应力与接触渗透量均大于光滑样件。 采用齿轮疲劳磨损试验机,进行了光滑与凹坑型仿生形态汽车齿轮耐磨性能对比试验研究;通过试验前后齿向与齿形误差值轨迹的对比,定性地分析了光滑与凹坑型仿生形态汽车齿轮磨损特性;通过试验前后齿向误差值与齿形误差量值的对比,定量地分析了光滑与凹坑型仿生形态汽车齿轮磨损量的规律,仿生形态齿轮可以提高耐磨性58%。 利用ANSYS有限元分析软件,完成了光滑与凹坑型仿生形态齿轮二维与三维接触问题数值模拟,并进行了其接触的等效应力与接触应力的对比分析。等效应力与接触应力最大值均出现在大齿轮齿顶与小齿轮齿根接触位置,凹坑形态齿轮接触面区域的接触应力值明显小于光滑形态齿轮。 根据齿轮弹性流体动力润滑理论的基本计算公式,运用MATLAB软件,完成了光滑与凹坑型仿生形态齿轮接触等温弹流润滑问题数值计算。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:U467

【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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【二级引证文献】
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