漸開線直齒圓柱齒輪粗糙度系數(shù)的理論研究.pdf

1、現(xiàn)行齒輪傳動接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計原則是采用僅適用于光滑齒面接觸的赫茲(Hertz)理論。雖然在漸開線圓柱齒輪承載能力計算國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/6336:1996)以及相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB3840-1997)中均對該原則推薦了粗糙度系數(shù)，但該系數(shù)只是基于少數(shù)實驗結(jié)果外推而來的，具有一定的局限性。本項研究旨在以大量的實測粗糙度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，最終提出適用各種工況條件的齒面粗糙度系數(shù)的理論公式。
　　本文在應(yīng)用表面輪廓測量儀實測了具有橫向條紋的表面

2、粗糙輪廓的基礎(chǔ)上，利用傅里葉非線性變換構(gòu)造了粗糙度函數(shù)并將此函數(shù)疊加到油膜厚度方程中，建立起混合熱彈流潤滑數(shù)值計算模型。在保持齒輪傳動參數(shù)和潤滑油參數(shù)固定不變的前提下，應(yīng)用多重網(wǎng)格法等計算技術(shù)，通過改變齒面粗糙度數(shù)值，對輕、中、重載三種工況共進(jìn)行了400組混合熱彈流潤滑數(shù)值計算，定量分析了粗糙度對齒面油膜厚度、接觸應(yīng)力的影響，并針對不同載荷狀態(tài)，建立了相應(yīng)的粗糙度系數(shù)的計算公式。分析、總結(jié)本文研究結(jié)果，可得如下結(jié)論:
　　(1)由

3、于橫向粗糙條紋的“泵效應(yīng)”，橫向條紋粗糙齒面油膜厚度hav,r大于光滑齒面的膜厚值hav,s，且粗糙度越大、載荷越重，二者之間的差異就越大。
　　(2)與光滑齒面接觸相比，粗糙齒面壓力分布和油膜厚度會出現(xiàn)明顯波動;同時，接觸區(qū)次表面主剪應(yīng)力分布會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，且隨著載荷或粗糙度的增大，這種波動和應(yīng)力集中現(xiàn)象不斷趨于劇烈。
　　(3)在重載工況下，隨著粗糙度或載荷的增大，接觸區(qū)次表面主剪應(yīng)力最大值的位置逐漸向齒面方向移動，

4、這更易造成齒面疲勞失效。
　　(4)對于中、重載齒輪傳動，隨著σ的增大，τmax,r先減小后增大，這意味著并非粗糙度越小，接觸應(yīng)力就越低。而在國際標(biāo)準(zhǔn)(ISO/6336:1996)以及相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)(GB3840-1997)中所推薦的粗糙度系數(shù)Zr卻是隨粗糙度呈單調(diào)變化，即粗糙度越小，齒輪傳動疲勞壽命就越長。因此，系數(shù)Zr的科學(xué)性值得商榷。
　　(5)齒面粗糙度對輪齒接觸應(yīng)力具有明顯影響。對工業(yè)企業(yè)中常用的中、重載齒輪傳動而言

5、，當(dāng)σ≤0.3(μm)時，粗糙齒面接觸應(yīng)力僅比光滑齒面的相應(yīng)值大5％左右;但當(dāng)σ=0.515(μm)時，前者比后者約大15-20％。這說明，將赫茲理論作為齒輪接觸強(qiáng)度設(shè)計的做法有失安全性。
　　(6)運用多元回歸理論，針對輕、中、重載三種齒輪傳動，分別建立了齒面粗糙度系數(shù)的理論計算公式。
　　本文的創(chuàng)新點是基于實測所得的粗糙度數(shù)據(jù)，通過大量計算建立了不同工況條件下齒面粗糙度系數(shù)的理論公式。不足之處是當(dāng)粗糙度σ較大時，數(shù)值計算