表面微点蚀及表面磨损对渐开线直齿轮热弹流润滑的影响研究

论文摘要

本文针对渐开线直齿圆柱齿轮，通过建立表面微点蚀坑和表面微凸起数学模型，应用多重网格法和多重网格积分法，充分考虑到非牛顿流体的时变效应、热效应，以及工作材料的表面磨损现象，重点求解了齿轮啮合过程中的热弹流润滑数值解。具体内容包括四部分：表面微点蚀单坑对渐开线直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响；表面连续微点蚀坑对渐开线直齿轮热弹流润滑的影响；渐开线直齿轮表面磨损的热弹流润滑数值分析；动载荷作用下的连续冲击对齿轮热弹流润滑的影响分析。首先，根据渐开线直齿轮的几何和运动关系，在齿面上考虑有一单个微点蚀坑，建立了渐开线直齿轮的非牛顿时变热弹流润滑模型；应用多重网格技术，通过改变微点蚀坑的弧度及坑深得到了不同形貌的凹坑，模拟微点蚀初期的发展过程，得到了单个微点蚀坑作用下的渐开线直齿圆柱齿轮啮合全过程时变热弹流润滑的完全数值解。其次，考虑齿面上存在有连续微点蚀坑现象，求得了齿轮啮合过程的热解，分析了微点蚀坑对齿轮的润滑作用效果；通过改变功率大小来间接改变载荷大小，研究了载荷对表面存在连续微点蚀坑的渐开线直齿轮的热弹流润滑的影响。然后，在以往表面粗糙度的研究基础上，对两齿面表面微凸起在不同磨损程度下的热解进行了数值分析，求解了两齿面间表面微凸起磨损程度相同时的油膜压力、膜厚、温升以及摩擦系数等；对两齿面磨损程度不一致时沿啮合线的油膜的中心压力和膜厚变化、几个特殊啮合点的压力和膜厚的变化进行了对比分析。最后，在啮合过程中加入了动载荷作用下的连续脉冲冲击，改变冲击波的脉冲频率和脉冲幅值，求解了啮合过程中连续冲击作用下的完全数值热解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外弹流理论的研究进展
• 1.2.1 弹流润滑理论的发展
• 1.2.2 试验技术的进步
• 1.2.3 计算方法概述
• 1.3 本文的研究背景
• 1.3.1 齿轮表面的点蚀现象
• 1.3.2 齿轮表面点蚀的研究现状
• 1.3.3 齿轮弹流润滑的研究进展
• 1.4 本文的主要研究内容和意义
• 第2章 表面微点蚀单坑对渐开线直齿圆柱齿轮热弹流润滑的影响
• 2.1 齿轮表面微点蚀润滑模型
• 2.1.1 表面微点蚀单坑数学模型
• 2.1.2 坐标系与卷吸速度
• 2.1.3 综合曲率半径
• 2.1.4 啮合点的载荷
• 2.2 基本方程及其边界条件
• 2.2.1 Reynolds 方程
• 2.2.2 膜厚方程
• 2.2.3 载荷方程
• 2.2.4 粘度方程
• 2.2.5 密度方程
• 2.2.6 剪应力与等效粘度方程
• 2.2.7 能量方程
• 2.2.8 固体的热传导方程
• 2.3 基本方程的的无量纲化
• 2.3.1 Reynolds 方程及其边界条件的无量纲化
• 2.3.2 无量纲膜厚方程
• 2.3.3 无量纲载荷方程
• 2.3.4 无量纲粘度方程
• 2.3.5 无量纲密度方程
• 2.3.6 无量纲油膜能量方程
• 2.3.7 两齿轮的无量纲能量方程
• 2.3.8 摩擦系数的计算
• 2.4 温度场的求解
• 2.5 网格划分和数值计算
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 固定形貌时不同坑深对弹流润滑的影响
• 2.6.2 固定形貌时不同坑深各啮合点的压力和膜厚
• 2.6.3 变形貌下不同坑径对弹流润滑的影响
• 2.6.4 变形貌下各啮合点的压力和膜厚
• 2.7 本章小结
• 第3章 表面连续微点蚀坑对渐开线直齿轮热弹流润滑的影响
• 3.1 齿轮表面连续微点蚀润滑模型
• 3.1.1 表面连续微点蚀坑数学模型
• 3.1.2 表面连续微点蚀坑基本方程
• 3.2 压力计算域和时间的划分
• 3.3 数值计算及参数选择
• 3.3.1 计算方法简介
• 3.3.2 参数选取
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 表面微点蚀坑沿啮合线对弹流润滑的影响
• 3.4.2 表面微点蚀坑在不同时刻对弹流润滑的影响
• 3.4.3 不同功率下连续微点蚀坑对弹流润滑的影响
• 3.4.4 计算中节点划分对数值精度的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 渐开线直齿轮表面磨损的热弹流润滑数值分析
• 4.1 齿轮表面微凸起模型的构建
• 4.1.1 表面粗糙度基本方程
• 4.1.2 表面粗糙峰磨损过程
• 4.2 两齿面磨损程度相同时的数值解
• 4.3 齿面间微凸起磨损程度不同时的数值解
• 4.3.1 磨损程度对中心压力和膜厚的影响
• 4.3.2 磨损程度对几个啮合点的压力和膜厚的影响
• 4.4 微凸起磨损与粗糙度磨损的对比
• 4.4.1 沿啮合线对弹流润滑的影响对比
• 4.4.2 沿啮合线对几个啮合点的压力对比
• 4.4.3 沿啮合线对几个啮合点的膜厚对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 动载荷作用下的连续冲击对齿轮热弹流润滑的影响分析
• 5.1 连续冲击载荷模型
• 5.1.1 弦函数脉冲
• 5.1.2 三角形脉冲
• 5.2 载荷方程无量纲化
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 弦函数脉冲冲击频率对齿轮的弹流润滑影响
• 5.3.2 三角形脉冲冲击频率对齿轮的弹流润滑影响
• 5.3.3 脉冲幅值的大小对齿轮的弹流润滑影响
• 5.4 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 攻读硕士期间完成的学术论文
• 致谢