雙粗糙齒面接觸時的彈流潤滑數(shù)值分析.pdf

1、現(xiàn)行齒輪傳動等高副接觸機(jī)械零件的應(yīng)力計算是基于光滑表面的假設(shè)進(jìn)行的。然而，在工程實(shí)際中絕對光滑的表面是不存在的；且接觸表面間的油膜厚度與一般金屬切削工藝所形成的表面粗糙度常處于同一數(shù)量級，這些凹凸不平的粗糙峰谷必然會引起接觸應(yīng)力的動態(tài)變化。鑒此，國內(nèi)外學(xué)者對接觸表面的粗糙度效應(yīng)進(jìn)行了深入探討。但是，為了降低研究難度，他們在計算中大多假定一個表面粗糙而另一個表面是光滑的，這顯然與實(shí)際工況有較大差異。因此，對此課題做進(jìn)一步研究是完全必要的。

2、
　　本文基于兩齒輪齒面粗糙度均呈余弦分布的假設(shè)，構(gòu)建了漸開線直齒圓柱齒輪傳動混合熱彈流潤滑模型。基于此模型，在保持其它參數(shù)固定不變的情況下，應(yīng)用彈性接觸理論及多重網(wǎng)格法等數(shù)值技術(shù)分析了粗糙度峰高、波長以及傳動比對齒輪傳動潤滑參數(shù)的影響；接著，通過102組數(shù)值計算，分別建立了節(jié)點(diǎn)處平均油膜厚度hav,r、最大主剪應(yīng)力τmax,r與兩齒面粗糙度峰高比值A(chǔ)b/Aa、波長比值Lb/La之間的定量關(guān)系。分析、總結(jié)本文研究內(nèi)容，可得出如下結(jié)

3、論：
　　(1)沿齒輪傳動嚙合線從嚙入點(diǎn)到嚙出點(diǎn)方向，粗糙齒面的主剪應(yīng)力分布先呈鋸齒狀波動上升，在節(jié)點(diǎn)附近達(dá)到最大值后再波動下降；隨著粗糙度峰高的增大或波長的減小，τmav之值隨之增大，且主剪應(yīng)力分布的波動幅度也逐漸趨于劇烈。
　　(2)由于橫向粗糙紋理的“泵效應(yīng)”，使得粗糙齒面的平均油膜厚度hav,r總體上大于光滑齒面的膜厚值hav,s。粗糙度峰高越大，hav,r與hav,s之間的差異就越大；然而，hav,r與hav,s的

4、差異與粗糙度波長并無明顯關(guān)系。此外，沿齒輪傳動嚙合線從嚙入點(diǎn)到嚙出點(diǎn)方向，hm,r總體上呈鋸齒狀持續(xù)上升，這就意味著hav,r的最小值發(fā)生在嚙入點(diǎn)。因此，現(xiàn)行的以節(jié)點(diǎn)處油膜厚度數(shù)值作為齒輪潤滑設(shè)計基準(zhǔn)的做法值得商榷。
　　(3)若保持其它參數(shù)固定不變，隨著齒輪傳動比的增大，平均油膜厚度在增大而最大主剪應(yīng)力在減小。所以，齒輪傳動比的適當(dāng)增大有利于齒輪傳動接觸疲勞壽命的提高。
　　(4)隨著兩齒面粗糙度波長比的增大，平均油膜厚度

5、hav,r一直在震蕩變化；當(dāng)Lb/La>3.75后，這種波動逐漸趨于平緩。對于接觸區(qū)次表面最大主剪應(yīng)力τmax,r而言，當(dāng)Lb/La<0.87時，隨Lb/La的增大急劇減??；當(dāng)0.873.75后，τmax,r基本趨于平穩(wěn)?？梢姡３謍/La>3.75既可減少齒面油膜厚度和次表面主剪應(yīng)力的波動，還有助于降低齒輪傳動的接觸疲勞應(yīng)力。
　　(5)平均油膜厚度hav,r與粗糙度

6、峰高比值A(chǔ)b/ Aa、粗糙度綜合峰高A此處公式省略:之間均呈二次曲線關(guān)系。當(dāng)Ab/Aa<1.5（A<0.36)時，hav,r單調(diào)減??；當(dāng)Ab/Aa≈1.5（A≈0.36)時，hav,r取得最小值；當(dāng)Ab/Aa>1.5(A>0.36)后，hav,r單調(diào)上升。
　　(6)接觸區(qū)次表面最大主剪應(yīng)力τmax,r與Ab/Aa、A之間均呈近似線性關(guān)系。當(dāng)Ab/Aa≈3時所對應(yīng)的τmax,r比Ab/Aa≈1所對應(yīng)的τmax,r大70％以上。由此

7、推知：為了提高齒輪傳動的接觸疲勞壽命，在提高齒面加工精度的同時，還應(yīng)使兩齒面粗糙度大小盡量保持一致。
　　此外，本文通過對數(shù)值計算結(jié)果的回歸分析，還分別建立了輪齒接觸應(yīng)力、齒面平均油膜厚度與粗糙度峰高比值、粗糙度綜合峰高之間的函數(shù)關(guān)系。研究結(jié)果對完善齒輪傳動接觸強(qiáng)度設(shè)計理論具有積極意義。
　　本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于探討了雙粗糙齒面接觸時的齒輪潤滑效應(yīng)。不足之處是囿于數(shù)值計算收斂問題，粗糙度峰高與波長的取值方面具有一定的局限性。此外