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减速机齿轮传动瞬态润滑剖析
来源:-- 时间:2011-5-26 8:12:42 浏览次数:
2308
1理论分析。
1.1瞬态弹流润滑(关于润滑油的基础知识)方程组的建立。
考虑可压缩流体的一维流动,瞬态弹流润滑方程组为x[h3px]=12x(h) 12t(h)(1)。
h=h0 x22R-2Exaxb()ln(x-)d C(2)。
=0exp(p)(3)。
=0(1 Cap1 Cbp)(4)。
W=xaxbp(x)dx(5)。
边界条件为:x=xa,p=0;x=xb,p=dp/dx=0.由于瞬态量受滑动速度u(x,t)和综合曲率半径R(x,t)的影响,故由此决定的油膜压力p(x,t),油膜厚度h(x,t),摩擦系数f(x,t)也是瞬态量。
1.2摩擦系数的计算。
考虑到齿轮传动过程中两接触轮齿表面滑差变化较大,对摩擦力计算采用非线性粘塑性模型BairWiner模型。经近似简化后可得两轮齿润滑表面的剪应力。
#1=1 1/#L#2=21 2/#L(6)
式中,1,2.分别为两轮齿表面上的剪切应变率,其值为。
2=
|y=h=u2-u1h h2px(1 #Lu2-u1h)21=
|y=0=u2-u1h-h2px(1 #Lu2-u1h)2(7)。
而#L为极限剪应力,对于大多数润滑油,在很宽的范围内其随压力作线性变化,其值可表示为。
#L=#0 p(8)。
式中#0为极限剪应力,为比例常数,取值范围为。
0.05~0.1,本文取0.08.故两轮齿表面的摩擦力为。
F1,2=xbxa#1,2dx(9)。
摩擦系数为。
f=FW=|F1| |F2|2W(10)。
1.3齿轮传动几何运动参数的换算渐开线直齿轮传动的啮合几何关系。
两齿轮轮齿润滑接触区内距点A0为x处的瞬态曲率半径为。
R1=Rc1-(Rb1/Rc1)xR2=Rc2-(Rb2/Rc2)x(11)
此瞬点的切向速度为u1=(2n1/60)R1u2=(2n2/60)R2(12)。
沿啮合线的座标与时间t的关系如下=(2n1/60)Rb1t(13)。
令时间基为=(2n1/60)Rb1/Rk,则=t=/Rk.式中Rk为参考半径,其值为Rk=Rb1Rb2tan(/(Rb1 Rb2)。
2数值过程。
引入无量纲参数群:X=x/bc,=/Rk,W=W/(ERk),G=E,P=PE4Rkbc,H=hRk(Rkbc)
2,R=RRk,=t,=0,=0,Ca=Ebc4RkCa,Cb=Ebc4RkCb.其中,bc为某一参考点的赫兹接触半宽,且有bc=(8R2kW/)1/2.方程(1)~(10)可转化为无量纲形式,然后对这些方程进行差分离散,数值分析过程见文献,在进行数值计算时,采用了收敛性好的改进NewtonRaphson法。
计算分析所选用的基本原始工况参数。
3结果与讨论。
齿轮传动过程中,轮齿啮合刚度具有周期性变化,且齿轮必存在制造误差,这些激励源将使齿轮产生周期性振动,于是对转子直齿轮传动系统建立动力学模型,进行动力学模拟计算,得到一个振动周期内的动载荷变化曲线,再考虑在双齿啮合区内的齿间载荷分配,就得到啮合线上的动载荷分布,即动载荷谱,如图2所示。在啮合线上有5个特殊啮合点:啮入点A(右极限点A ),单双齿啮合下界点B(左极限点B-,右极限点B ),节点C,单双齿啮合上界点D(左极限点D-,右极限点D ),啮出点E(左极限点E-)。
动载荷谱下7个特殊啮合点上的压力分布和油膜形状。
中心油膜厚度(相应啮合点X=0处)沿啮合线的变化。
动载荷下摩擦系数沿啮合线的变化示。
其中的虚线为稳态载荷下的计算结果。
由数值计算结果可知。
1)动载荷下考虑流体的可压缩性后,油膜压力分布有较明显的变化;同时由于单双齿啮合交界点处载荷的突变,中心油膜压力(X=0处)也有一较大范围的突变;但二次压力峰值均已降低。
2)动载荷工况下,中心膜厚和摩擦系数沿啮合线的变化发生了波动,不过从总体上看,其变化趋势与稳态载荷分布下基本一致。
3)与理想稳态载荷分布相比,动载荷下中心膜厚有所减少,而摩擦系数相应提高;进一步考虑流体的可压缩性后,其波动幅值减小,波动趋向平缓。
4量符说明。
润滑油密度,h油膜厚度,润滑油粘度,p压力,x滚动方向坐标,t时间,R综合曲率半径,沿啮合线坐标,W单位长度载荷,u滑动速度。
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