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基于非牛顿流体的齿轮热弹流润滑

李廉  
【摘要】: 本文在考虑了润滑剂的热效应和非牛顿效应后,对渐开线直齿轮的弹流润滑问题进行了理论研究,获得了齿轮传动的压力分布、温度分布、油膜形状和齿面摩擦系数的取值范围及其沿齿轮传动啮合线的分布规律。 本文采用C语言编制了大型计算机程序进行数值计算,数值计算中采用梯度-牛顿联合法求解Reynolds方程和油膜厚度方程,采用步进法求解能量方程和热界面方程,获得了满意的数值结果。本文程序所适用的范围是:无量纲速度参数U的数量级为10~(-12)至10~(-10)、载荷参数W的数量级10~(-5)至10~(-3)和滑差率S小于0.1,除了滑差率较小外,前两个参数完全涵盖了工业齿轮传动的实际情况。从而解决了牛顿法在求解高速、重载条件下弹流问题时收敛困难的顽症,这是本文的主要成果之一。 应用本文研发的计算机程序,选用齿轮传动的实际参数,先后进行了50余组的基于非牛顿流体的热弹流润滑计算,所得的主要结论如下: 1、当齿轮在节点啮合时,齿轮转速及载荷的变化对压力分布 口太原理工大学硕士学位论文 和油膜形状的影响不大,但对温度分布有明显的影响。当主动轮 转速一定时,随着载荷的增加,接触区的温升明显增加;当载荷 一定时,随着主动轮转速的增加,接触区的温升却无明显变化; 当模数较小、传动比较大时,转速和载荷的变化对接触区温度分 布的影响比较明显;但当模数较大而传动比i‘1时,转速和载荷 的变化对温度分布影响较小。 2、当轮齿在节点啮合时,随着转速或载荷的变化,齿面摩 擦系数并非呈单调变化,而是存在极值点;节点啮合处的齿面摩 擦系数很小,其数量级为10一,,因此在做齿轮强度设计时,忽略 齿面摩擦力的影响是有理论根据的。 3、在齿轮传动啮合过程中,压力分布和油膜形状无明显变 化,但温升随啮合位置的不同呈显著变化,即温升随着滑滚比增 大而增大;在单、双齿啮合交替处,摩擦系数达到极值,可达0.08。 这就意味着最大摩擦力并非出现在啮入点和啮出点,这是本文具 有创新意义的一个结论。 本文的不足之处在于: 1、数值计算中尚未考虑齿轮传动中的动载荷特性; 2、缺乏实验验证。


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