基于有限长线接触斜齿轮热弹性流体动力润滑的研究.pdf

基于有限长线接触斜齿轮热弹性流体
动力润滑研究





重庆大学博士学位论文


学生姓名:刘明勇
指导教师:朱才朝教授
专业:机械设计及理论
学科门类:工学



重庆大学机械工程学院
二 O 一三年五月
Research on Thermal Finite Line Contact
EHL for Helical Gears





A Thesis Submitted to Chongqing University
in Partial Fulfillment of the Requirement for the
Doctor’s Degree of Engineering
By
Liu Mingyong

Supervised by Prof. ZHU Caichao
Specialty:Mechanical Design and Theory


College of Mechanical Engineering of
Chongqing University, Chongqing, China
May 2013
中文摘要

摘要

课题来源于国家―十二五‖科技支撑计划资助项目―齿轮箱轻量化关键技术研究
与应用(2011BAF09B07)‖和―7MW 级风电齿轮箱及主轴轴承产业化关键技术研究
(2012BAA01B05)‖。
润滑失效是齿轮传动失效的主要方式之一,油膜破裂导致金属固体直接接触,
产生局部高温,容易形成齿面磨损、胶合等失效形式。目前齿轮设计主要还是基
于 Hertz 接触理论的经典力学设计,随着现代工业发展,齿轮传动正朝着高速、重
载方向发展,现有设计理论和方法已难以满足实际需要。将齿轮的摩擦、磨损及
润滑问题,同齿轮设计进行有机结合是齿轮设计的发展方向。论文以斜齿轮为研
究对象,基于有限长线接触模型,开展其非牛顿流体热弹流润滑特性分析,为齿
轮参数设计提供摩擦学理论依据,具有重要的理论意义和实际应用价值。
论文主要内容如下:
①有限长线接触弹流润滑基础理论。将二维点接触弹流润滑算法运用到有限
长线接触弹流润滑模型的计算,研究热效应、非牛顿特性及工况变化对润滑压力、
膜厚、温度及摩擦系数等润滑特性的影响,提出稳定、高效的有限长线接触数值
算法,为斜齿轮润滑分析奠定基础。
②斜齿轮经典弹流润滑分析。针对斜齿轮啮合特点将其等效为两个反向圆锥
接触的润滑模型,得到啮合过程中接触齿对等效曲率半径、卷吸速度、滑滚比及
载荷等参数;研究牛顿流体和等温条件下啮合过程中润滑压力、膜厚等参数变化
规律和载荷、转速变化对润滑特性影响。
③斜齿轮非牛顿热弹流润滑研究。分别考虑热效应与流体非牛顿特性对斜齿
轮润滑特性影响,选取 Ree-Eyring 和 Power-law 流体进行分析,讨论特征剪切应力
和流体指数对润滑油膜压力、膜厚及温度等影响,分析非牛顿和热效应对斜齿轮
啮合过程润滑参数影响。
④几何参数与工况变化对斜齿轮润滑特性影响。讨论斜齿轮几何设计参数对
润滑特性影响,研究不同流体下,载荷与转速变化对斜齿轮润滑特性影响。
⑤采用准稳态方法建立粗糙度表面的斜齿轮微观弹流润滑模型,讨论粗糙度
幅值、波长及工况变化对斜齿轮接触润滑特性影响。

关键字:斜齿轮,弹流润滑,热效应,Ree-Eyring,Power-Law,粗糙度


I
重庆大学博士学位论文

II
英文摘要

ABSTRACT

The research subject of the dissertation stems from the " The study of key
technologies of lightweight gearbox "and "The study of key technologies of
industrialization for 7MW wind turbine gearbox and spindle bearing" in the National
Science and Technology Pillar Program during the Twelfth Five-year Plane Period of
China.
Lubrication failure is one of the major forms of gear transmission failure. The film