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面向航空传动的多尺度参数下轴承及齿轮润滑特性研究

陆凤霞  
【摘要】:航空传动部件中,齿轮及轴承处于重载、高速、高温的严苛工况,加上表面形貌、喷油方向等影响,齿面间、滚动体-滚道接触区域内微凸体接触与弹流润滑并存,直接导致油膜厚度减小、压力温度升高、摩擦磨损增大、表面失效等问题,为此本文开展多尺度参数影响下的航空传动部件润滑特性研究。面向航空传动部件含轴承及齿轮,建立耦合喷油方向、自旋运动、修形等多因素的润滑模型,分析多尺度参数如载荷、结构、速度、润滑油特性等宏观参数及表面粗糙度、修形等微观参数对其润滑特性的影响规律,为高可靠、长寿命航空传动部件的设计、加工及修形提供理论依据与分析方法。论文主要研究工作如下:1)应用二次数字滤波法模拟高斯粗糙表面,提出考虑真实表面、热效应及滚动体自旋的角接触球轴承微弹流润滑模型;联立Reynolds方程、膜厚方程、能量方程及载荷平衡方程等获得压力、膜厚及温度分布;研究载荷、自旋速度、自相关长度、粗糙峰值对润滑性能的影响规律,为航空角接触球轴承寿命预测提供技术途径。2)建立考虑油膜作用及自旋特征的角接触球轴承拟静力学模型,获得滚动体载荷分布及自旋速度;将拟静力学与弹流润滑研究相结合,提出考虑变卷吸速度、自旋速度、粗糙表面及热效应的微弹流润滑模型;分析卷吸速度、载荷对润滑性能的影响规律,揭示航空复杂工况下角接触球轴承微观界面的润滑演变机理。3)考虑微凸体直接接触与油膜润滑共存的极端情形,建立考虑热效应的直齿轮混合润滑模型,研究强耦合非线性压力场、膜厚场及温度场的快速、稳定求解方法;讨论工况、结构、表面形貌对混合润滑性能的影响,为航空重载直齿轮的润滑性能提供分析工具。4)针对斜齿轮鼓形修形及两端修缘问题,提出一种新的母线修形与两端修形曲线方程;建立考虑接触线长度时变、卷吸速度时变、表面形貌、热效应及修形因素的有限长线接触微弹流润滑模型;探讨粗糙度波长及幅值、母线及两端圆弧修形半径、两端倒角修形长度、两端倒角修形角度对润滑特性的影响,为高可靠性、长寿命斜齿轮提供加工及修形方法的理论依据。5)提出一种新的时变接触线长度计算方法,突破受啮合区域形状、螺旋角和重合度限制的不足;应用有限元方法建立轮齿接触分析模型,获得齿间载荷及齿面载荷分布规律;结合有限元载荷分布与弹流润滑,考虑热效应、表面形貌及齿面载荷分布建立斜齿轮微弹流润滑模型;分析有限元载荷分布的润滑特性,为斜齿轮设计及性能分析提供研究方法。


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