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《济南大学》 2018年
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基于接触力学的高分子复合材料齿轮磨损寿命模型及实验研究

王振  
【摘要】:相较于传统金属齿轮,高分子复合材料齿轮在生产成本、设计制造和传动性能等方面拥有独特优势,应用开发前景广阔。高分子复合材料齿轮啮合传动时产生的摩擦热会使齿轮力学性能降低,从而减少了齿轮的使用时间,因此对高分子复合材料齿轮啮合传动时产生的摩擦热进行研究,对增强高分子复合材料齿轮的耐磨性以及延长使用寿命具有重要意义。本文采用赫兹接触理论和有限元分析相结合的方法,系统的分析了高分子复合材料齿轮的接触力学和摩擦生热情况,并对其在啮合传动时的摩擦磨损特性做了实验研究。推导出高分子复合材料齿轮磨损寿命数学模型,基于该数学模型对磨损量以及磨损寿命进行理论计算。使用有限元分析软件对摩擦热进行仿真分析:对仿真结果分析发现在轮齿相互啮合的部位产生瞬时温升,并且得到了轮齿齿面温升随时间的变化规律,发现在齿轮啮入点和啮出点会出现较高的摩擦热流量。并对影响摩擦热的转速和加载扭矩进行了进一步的分析,结果发现:高分子复合材料齿轮啮合传动产生的摩擦热会随着齿轮转速和加载扭矩的增大而不断增加,并且与转速相比,加载扭矩对高分子复合材料齿轮摩擦热的影响更大一些。通过智能型摩擦磨损实验台对高分子复合材料齿轮进行摩擦磨损实验:通过实验发现高分子复合材料齿轮的磨损可以分为跑合阶段、平稳磨损阶段和快速磨损阶段。并且对磨损曲线的分析发现可以用过渡扭矩来衡量高分子复合材料齿轮是否进入快速磨损阶段。通过分析实验齿轮的摩擦磨损形貌图发现高分子复合材料齿轮失效除了磨损,还会产生裂纹和粘着撕裂现象。阐述了实验齿轮失效的原因,并对摩擦热的产生进行了对比分析。对影响摩擦磨损实验结果的加载扭矩、转速和环境温升进行了系统的分析,发现转速的增大以及加载扭矩的增大都会对过渡扭矩产生影响,并且实验齿轮所处的环境温升也会影响齿轮的摩擦热以及本体温升。对比实验结果和理论计算结果,两者之间存在一致性,证明了数学模型的正确性。
【学位授予单位】:济南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TH132.41;TB33

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