带式啮合介质齿轮传动的实验研究

论文摘要

带式啮合介质齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,具有经济、环保的特点。作为国家自然科学基金的一项基础研究项目,已经在带式啮合介质齿轮副的设计、介质带材料的初步选择、齿轮传动的计算等方面进行了初步的探索。为了进一步优化选择介质带,提高介质带的使用寿命,并为带式啮合介质齿轮传动的水润滑提供理论和实验的支持,本论文主要以实验为出发点,对介质带的传动性能及疲劳寿命进行试验,分析介质带材料及其形式的性能,指出改进的方向;模拟介质带在啮合齿面间的摩擦,设计出简化摩擦实验模型,并加工出试验样机进行摩擦和润滑试验;以实验现象和实验数据为依据,分析带式啮合介质齿轮传动的摩擦磨损机理;建立带式啮合介质齿轮传动的润滑模型,分析其润滑机理,推导出膜厚计算公式;为了进行介质带与齿面的相对滑动速度的相关推导,完善了介质带齿轮副齿廓的设计和加工方法,为设计和加工带式介质齿轮副提供便利。通过在齿轮传动实验台上对各种介质带进行性能试验和疲劳寿命试验,发现玻璃纤维帘子线平带具有相对优异的性能,无论是承载能力、使用寿命,还是传动效率,都远优于以往选择的任何介质带。更重要的是使用这种介质带的齿轮副的传动效率在96%以上,考虑到水对滚动轴承的不良影响,其传动效率和闭式稀油润滑普通直齿渐开线齿轮传动的传动效率相当,这就为齿轮传动的水润滑提供了实验依据。通过对摩擦润滑简化模型样机进行实验,得出介质带与齿面的接触宽度要远大于两齿面直接接触的接触宽度,并得出介质带受正压力与接触宽度之间关系。在有润滑剂的情况下,介质带的磨损要比在干摩擦情况下的磨损要小得多。以实验现象和实验数据为依据,经过推导发现介质带在随着齿轮副的转动啮入和啮出的过程中,和齿轮多处发生相对滑动,除了容易观察到的介质带与大齿轮齿顶的相对滑动,在啮合点处两齿面的即滚又滑导致介质带和齿面的相对滑动以外,还有小齿轮齿顶在啮入过程中,与介质带的相对滑动。经过实例计算得知这三种相对滑动的速度都很大,很容易使介质带磨损。因此对介质带材料进行了摩擦磨损机理的探索,发现仅仅提高介质带材料的抗磨性能是不够的,需要润滑剂进行润滑。在建立带式啮合介质齿轮传动的润滑模型的基础上,通过对润滑模型的流体动力学润滑、弹性流体动力学润滑和挤压膜润滑进行分析发现,由于介质带的存在,润滑膜很容易形成,甚至可以形成具有相当承载能力的润滑水膜。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 带式啮合介质齿轮传动的提出及其研究意义
• 1.1.1 带式啮合介质齿轮传动的提出
• 1.1.2 带式啮合介质齿轮传动研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外关于齿轮减振降噪、水润滑的研究现状
• 1.2.2 带式啮合介质齿轮传动的研究成果
• 1.3 本文研究的目的和研究内容
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的主要内容
• 2 带式啮合介质齿轮齿廓的设计与加工
• 2.1 引言
• 2.2 大齿轮周向变位
• 2.2.1 介质带厚度与周向变位角的关系
• 2.2.2 齿顶圆弧半径的计算
• 2.3 增大安装中心距
• 2.3.1 增大中心距的合理性
• 2.3.2 介质带厚度与中心距的关系
• 2.4 大齿轮负变位
• 2.4.1 介质带厚度与变位系数的关系
• 2.4.2 负变位加工齿轮的齿顶圆弧计算
• 2.5 计算实例
• 2.6 本章小结
• 3 带式啮合介质齿轮传动的摩擦、磨损
• 3.1 引言
• 3.2 介质带与齿轮的对滑动
• 3.2.1 介质带与大齿轮齿顶之间的相对滑动
• 3.2.2 介质带与小齿轮齿顶在啮入过程中的相对滑动
• 3.2.3 介质带在啮合与齿面的相对滑动
• 3.3 介质带在与齿面的摩擦
• 3.3.1 介质带材料的粘弹性
• 3.3.2 介质带材料的摩擦机理
• 3.4 介质带材料的磨损
• 3.4.1 介质带材料的滑动磨损
• 3.4.2 介质带材料的磨粒磨损
• 3.5 本章小结
• 4 带式啮合介质齿轮传动的润滑研究
• 4.1 引言
• 4.2 带式啮合介质传动的润滑模型
• 4.2.1 建立润滑模型
• 4.2.2 带式啮合介质齿轮传动的润滑分析
• 4.3 润滑模型的流体动力学润滑分析
• 4.4 润滑模型的弹性流体动力学润滑分析
• 4.5 润滑模型的挤压膜润滑
• 4.6 本章小结
• 5 带式啮合介质齿轮传动摩擦与润滑模拟试验
• 5.1 引言
• 5.2 摩擦模型试验样机的设计与制作
• 5.2.1 简化模型的提出
• 5.2.2 模型实验系统的设计
• 5.2.3 简化装置与齿轮副之间的关系
• 5.3 摩擦与润滑模拟实验
• 5.3.1 弹性介质带所受正压力与接触宽度的关系
• 5.3.2 弹性介质带的摩擦磨损试验
• 5.4 本章小结
• 6 弹性介质带的试验优化选择
• 6.1 引言
• 6.2 实验设备及实验材料
• 6.2.1 实验设备
• 6.2.2 试验材料
• 6.3 实验内容
• 6.3.1 实验前的准备
• 6.3.2 实验操作
• 6.3.3 试验过程中需要注意的问题
• 6.4 试验结果及其分析
• 6.4.1 初次试验的结果及其分析
• 6.4.1.1 试验过程
• 6.4.1.2 试验结果的分析
• 6.4.2 再次试验的结果及其分析
• 6.4.2.1 空载试验数据
• 6.4.2.2 负载性能试验结果及其分析
• 6.4.2.3 各种介质带失效过程及其分析
• 6.4.2.4 介质带疲劳寿命试验结果及其分析
• 6.5 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 今后研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附:1.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书