【文章內(nèi)容簡介】 ...........................................................................34 圖 斜齒輪接觸線長度曲線 ...................................................................................35 圖 斜齒輪嚙合剛度曲線 .......................................................................................36 圖 系統(tǒng)的最大 Lyapunov 指數(shù)圖 .........................................................................37 圖 齒輪動力學響應 (η= Pas) .........................................................................38 VIII 圖 齒輪動力學響應 (η= Pas) .........................................................................38 圖 齒輪動力學響應 (η= Pas) ...........................................................................39 圖 齒輪動力學響應 (Cb= m) ........................................................................39 圖 齒輪動力學響應 (Cb=1e4 m) .........................................................................40 圖 齒輪傳遞誤差響應 (Fw=2 Nm) ......................................................................40 圖 齒輪傳遞誤差響應 (Fw= Nm) ...................................................................41 圖 齒輪動力學響應 (Tl=5 Nm) ...........................................................................41 圖 齒輪動力學響應 (Tl=50 Nm) .........................................................................42 圖 不同轉(zhuǎn)速時齒輪敲擊振動指標曲線圖 .........................................................43 圖 敲擊指標隨粘度和齒側間隙變化的等值線圖 .............................................43 圖 敲擊振動指標隨螺旋角 β 變化曲線 .............................................................44 圖 系統(tǒng)功率損耗曲線圖 .....................................................................................44 圖 功率損耗隨粘度和齒側間隙變化的等值線圖 .............................................45 圖 功率損耗隨螺旋角 β 變化曲線 .....................................................................45 圖 齒高和齒厚方向的熱變形 ...............................................................................48 圖 系統(tǒng)隨溫升 ΔT 變化的分岔圖 ........................................................................51 圖 齒輪動力學響應 (ΔT=20 ℃ ) ..........................................................................51 圖 齒輪動力學響應 (ΔT=0 ℃ )..............................................................................52 圖 齒輪動力學響應 (ΔT=58 ℃ )............................................................................52 圖 齒輪動力學響應 (ΔT=80 ℃ )............................................................................53 圖 不同螺旋角時敲擊指標隨溫升的變化曲線 ...................................................54 圖 不同法面模數(shù)時敲擊指標隨溫升的變化曲線 ...............................................54 圖 不同螺旋角時功率損耗隨溫升的變化曲線 ...................................................55 圖 不同法面模數(shù)時功率損耗隨溫升的變化曲線 .............................................56 IX 表格 清單 表 系統(tǒng) 參數(shù) ......................................................21 表 常用 的粘溫方程 ................................................48 1 緒論 1 1 緒論 引言 變速器 是汽車上的 重要裝置 ， 目前的機械式變速器 主要由 箱體、齒輪傳動系統(tǒng)、同步器、 換擋裝置等組成 ， 而 由多對齒輪組成的齒輪傳動系統(tǒng) 是變速器 的 核心部件 。 齒輪傳動系統(tǒng)在實際工作過程中，為了有效地減少齒面摩擦和磨損，提高齒輪工作壽命，需要對齒輪進行良好的潤滑，輪齒齒面通過潤滑劑接觸時，輪齒之間以非線性油膜力相互作用。由于非線性油膜力、齒側間隙和時變嚙合剛度等非線性因素的存在，使齒輪傳動系統(tǒng)表現(xiàn)出很強的非線性動力學特性。 齒輪傳動 系統(tǒng) 的 動態(tài)特性直接影響 著 變速箱 各項性能指標的優(yōu)劣 ： 首先 ， 齒輪 振動常 會引起 與其相連接的 其它 部件的振動 ，而齒輪和 其它 部件產(chǎn)生振動的同時 ,也會向空氣中 輻射 噪聲 ，因此對變速箱的 NVH 性能產(chǎn)生影響 ； 此外 ，考慮潤滑的作用， 由于潤滑劑在輪齒間的運動產(chǎn)生的阻尼效應和 潤滑 引起的粘滯 力矩 和攪油力矩 ， 齒輪運行過程中會產(chǎn)生功率損耗 ，因此影響變速箱的傳動效率 。 由于制造、裝配 誤差和潤滑、溫度補償?shù)男枰约肮ぷ鬟^程中的磨損，嚙合齒輪副之間不可避免地存在齒側間隙 [1]。 目前，學者們運 用非線性動力學理論對考慮齒側間隙的齒輪 傳動系統(tǒng) 動力學做了大量的研究 [2]，但 針對考慮潤滑的 齒輪傳動系統(tǒng)動力學的研究 還 比較少 ，所以關于 考慮潤滑 后齒輪傳動系統(tǒng)的建模、輪齒之間非線性油膜力的計算 、 考慮潤滑的系統(tǒng)動態(tài)響應和動力學穩(wěn)定性以及參數(shù) 對考慮潤滑的齒輪 系統(tǒng)動力學 響應 的影響，都需要進行系統(tǒng)深入的研究 。 此外， 溫度也是 影響 齒輪系統(tǒng)動力學 性能的重要因素，變速箱在實際運行工況下，溫度變化范圍會比較大， 而且不同地區(qū)的環(huán)境溫度差別也很大， 所以有必要 對計入溫度效應的齒輪系統(tǒng)進行建模分析，研究 溫度 對齒輪系統(tǒng)動態(tài)特性的影響，從而為 提升 各種惡劣工況下的 變速箱 傳動性能提供理論 支持 。 因此 本文以 漸開線 圓柱 齒輪 副 為研究對象， 分別 建立 考慮 潤滑 的 直齒輪 和斜齒輪 傳動 系統(tǒng) 的動力學模型以及計入溫度效應的斜齒輪傳動模型， 考察 在不同 工況 下 齒側間隙、潤滑劑粘度 、溫度 等因素 對齒輪動力學行為 、 系統(tǒng) 功率損失和敲擊振動 的影響 ， 為提高 變速箱 的傳動性能 、傳動效率和 改善 變速箱 的敲擊振動 噪聲 提供參考。 研究目的和意義 齒輪傳動是機械傳動中非常重要的傳動形式， 為保證其傳動性能，提高其使用壽命， 需要 對齒輪進行良好的潤滑。在良好潤滑狀態(tài)下，輪齒之間形成潤滑油合肥工業(yè)大學碩士學位論文 2 膜，輪齒之間不 再是干接觸，即齒面沒有 直接接觸 時，由于潤滑劑的作用 ， 齒面之間 通過非線性油膜力相互作用。在目前的機械式變速器傳動系統(tǒng) 中，齒輪傳動是最重要的動力和運動傳動裝置，其動態(tài)特性直接影響變速箱及整車的性能。 為了提高汽車乘坐的舒適性和提升傳動系統(tǒng)的傳動效率，需要對考慮潤滑的齒輪傳動系統(tǒng)動力學特性進行研究，分析系統(tǒng)在不同運行工況下的動力學響應，探討如何降低齒輪傳動系統(tǒng)的振動噪聲并減少由于潤滑等原因產(chǎn)生的功率損失。 溫度是影響齒輪傳動系統(tǒng)性能的重要因素，一方面，溫度變化會導致齒輪的變形，進而影響齒側間隙；另一方面，由于潤滑劑的粘溫效應，溫度變化會使?jié)櫥瑒┑恼扯雀淖儭Ｗ兯倨鬟\轉(zhuǎn)過程中，溫度變化比較明顯，所以要考慮溫度效應的影響。 對 考慮潤滑 的 直 齒輪 和斜齒輪 傳動系統(tǒng)進行動力學行為分析，掌握 潤滑劑粘度、齒側間隙 、螺旋角 等 參數(shù)對系統(tǒng)動力學行為的影響規(guī)律；并 建立 計入 溫度效應的潤滑 斜齒輪傳動系統(tǒng) 的動力學模型， 考察不同齒輪設計參數(shù)和溫度條件下系統(tǒng)的 動態(tài)特性 ，明確溫度工況變化對于齒輪傳動系統(tǒng)動力學行為的影響機制 ，探討齒輪傳遞誤差的控制策略和如何減小變速箱的振動噪音以及提高變速箱的傳動效率，為進一步提高變速器齒輪傳動性能 和解決變速箱的空轉(zhuǎn)敲擊振動問題 提供理論依據(jù) ， 同時，也有助于進一步完善 齒輪系統(tǒng)動力學的理論體系。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 考慮潤滑的齒輪動力學研究 對于齒輪潤滑問題，自二十世紀 50 年代起，人們就將彈性流體動力潤滑理論應用于齒輪傳動 分析，考察 輪齒表面的失效機理。 Herrebrugh 在 Martin 理論的基礎上考慮表面彈性變形的影響，用數(shù)值方法求得彈性圓柱線接觸潤滑的最小膜厚 [3]； Dowson 和 Higginson 將其研究所得的油膜厚度理論公式用于漸開線直齒輪傳動的膜厚計算 [4]； Vichard 綜合考慮了載荷、卷吸速度和曲率半徑沿嚙合線的變化 ,采用 Gurbin 簡化解探討了齒輪彈流潤滑的非穩(wěn)態(tài)效應 [5]。 國內(nèi) ,華東耕分析了隨機載荷作用下 輪齒間 油膜厚度的變化趨勢 ,研究表明 在單雙齒嚙合 交替處油膜厚度呈 平穩(wěn)變化 [6]；盧立新等考慮 齒輪傳動重合度對輪齒載荷以及 瞬時 曲率半徑 和 滑動速度 的影響，對漸開線直齒輪傳動進行了分析 [7]；黃靖龍等運用彈流潤滑理論，分析了輪齒壓力角對潤滑油膜厚度的影響 [8]；楊萍進行了斜齒輪的熱彈流潤滑分析 [9]。 上述研究促進了齒輪彈流潤滑領域的發(fā)展， 為探究齒輪在潤滑工況下的動力學提供了理論方法和基礎。 為了更好的探討齒輪傳動的動力學特性，一些學者開始考慮加入非線性油膜力，對 考慮潤滑的 齒輪傳動系統(tǒng)進行動力學行為分析，研究概況如下： 1 緒論 3 Rahnejat 等 考慮齒輪間潤滑劑的卷吸運動和擠壓運動時，計算輪齒間 的 油膜力公式， 指出良好潤滑時， 輪齒間作用力不再是彈性接觸力而是非線性油膜力，主要取決于潤滑劑的粘度、卷吸速度、齒輪接觸幾何性質(zhì)和輪齒之間的擠壓油膜速度 ， 輪齒間 實際接觸剛度為潤滑油膜的等效剛度 [10]。 Gnanakumarr 等研究了非金屬與金屬的接觸，把齒輪副接近并滾動 使?jié)櫥瑒?收斂成楔形的時間全部代之為流體動力潤滑的作用時間， 提出 這種假設對任意齒輪輕載狀況都是適用的 [ 11 ]。Theodossiades 等針對輕載工況下變速器空轉(zhuǎn)敲擊現(xiàn)象，考慮潤滑油膜作用，對 一對 斜齒輪 副和變速箱整體模型 進行了動力學分析，研究了齒輪油膜力和軸承油膜力共同作用下齒輪的動態(tài)響應，研究表明流體動力潤滑油膜表現(xiàn)為一時變非線性彈簧 阻尼元件 [1213]。 以上對考慮潤滑的齒輪傳動系統(tǒng)研究，建立了單對齒輪模型和變速箱系統(tǒng)模型，模型中都是假設齒輪為剛體，不考慮輪齒的變形，齒輪之間始終以非線性油膜力相互作用。一些學者在考慮潤滑的時候，是把油膜力當作 非線性 阻尼力加入齒輪系統(tǒng)，輪齒接觸時還是作用彈性接觸力 ， 如 R Brancati 等 考慮 嚙合輪齒間隙中潤滑劑的阻尼效應， 將油膜 阻尼 力加入齒輪動力學模型，建立單自由度的空載漸開線斜齒輪傳動模型，分析在不同潤滑條件下齒輪的動力學響應，分析結果表明