齿轮接触界面热弹流润滑仿真研究

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齿轮是机械传动系统中最重要的零件之一,而良好的润滑是保证齿轮正常传动的必要条件。在高速、重载等工作环境严苛的齿轮传动中,如果齿轮润滑系统设计不合理,齿轮啮合处不能形成有效油膜,会导致齿面直接接触,摩擦系数和次表面应力过大,引起振动噪声大、发热损失大等问题,将直接影响传动系统的工作性能和使用寿命。因此,开展齿轮接触界面热弹流润滑仿真研究,准确获取齿轮啮合处的油膜厚度和摩擦系数等弹流润滑特性参数,对确保齿轮啮合面有良好的润滑状况十分重要。本文针对上述问题,从齿轮三维热弹流润滑有限元仿真计算方法的研究入手,开发了适用于齿轮弹流润滑计算的数字化仿真平台,计算了齿轮接触界面的弹流润滑特性参数,揭示了弹流润滑特性参数随影响因素的变化规律。主要研究内容及结论如下:(1)弹流润滑仿真模型验证。开展了弹流润滑特性实验,获取不同工况下油膜厚度和摩擦系数的实验测量值;分别建立弹流润滑数值理论模型和仿真模型,通过对比理论计算结果、仿真计算结果和实验结果,证实了仿真方法在油膜厚度和摩擦系数的计算方面具有较高的准确性。(2)齿轮热弹流润滑仿真研究。以单对高速重载斜齿轮的单个啮合点为研究对象,分别进行弹流润滑数值理论计算、仿真计算以及齿轮啮合次表面应力计算,通过对比理论结果和仿真结果,证明了齿轮弹流润滑仿真方法具较高的可靠性。(3)齿轮弹流润滑数字化仿真平台开发。基于齿轮热弹流润滑仿真方法,进行齿轮弹流润滑仿真平台的流程设计和GUI设计,搭建数字化仿真平台;通过仿真平台计算得到齿轮整个接触界面的弹流润滑特性参数,分析了接触界面内弹流润滑参数的变化规律,验证了齿轮弹流润滑自动化仿真平台的可靠性。(4)齿轮啮合局部弹流润滑特性影响研究。使用齿轮弹流润滑仿真平台,选取齿轮啮出点作为计算基础点,研究不同载荷、不同油气比例、不同环境温度对齿轮啮合局部弹流润滑特性参数的影响,揭示了油膜厚度、摩擦系数、次表面应力及应力深度随影响因素的变化规律,并分析了变化原因,进一步说明本文提出的齿轮弹流润滑仿真方法具有工程指导意义。
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