彈流潤滑狀態(tài)下直齒輪的接觸疲勞壽命分析畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)
2024-08-23 08:10 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 s and the sn curve, analyzes the contact fatigue life of gear, access to the contact fatigue life of gear in under the condition of high speed and heavy loading, to the life of gear and reasonable prediction KEY WORDS: Spur gear。 Dynamical simulation。 The fatigue life 一 、 緒論 （一）研究背景及意義 隨著 科 學(xué) 技 術(shù) 水平的 不斷 進步， 機械傳動系統(tǒng) 已經(jīng) 不斷地向高速、重載的方向發(fā)展，齒輪的受載條件以及潤滑狀態(tài) 與 低速、輕載的齒輪 有 了 明顯的不同 。在高速運轉(zhuǎn)下嚙合齒面間形成的彈流潤滑效應(yīng) 便是 其中一個非常重要的物理現(xiàn)象 。 19世紀后期 , 彈性流體潤滑理論 隨著機器大工業(yè)的迅猛發(fā)展應(yīng)運而生 。 彈性流體動力潤滑 (EHL)主要是研究點 、 線高副接觸機器零件的潤滑問題 (譬如齒輪 、 凸輪和滾動軸承等機器零件的潤滑 )。 人們通常認為 , 使用彈流潤滑膜厚回歸公式必須明確其所基于的計算點 , 因為不同 研究者所提供的公式不大相同 ,它們只能適用于某些特定的工況范圍 。 隨著動力機械不斷高速化和大型化 , 彈流潤滑失效現(xiàn)象越來越多 。 實踐表明 :現(xiàn)代工業(yè)中齒輪 、 軸承等機器零件的失效大多數(shù)是由彈流潤滑失效引起的 。 但是 , 發(fā)生失效的機器零件大都經(jīng)過彈流潤滑設(shè)計表明能夠良好的潤滑 。 這 就 使得人們對經(jīng)典彈流潤滑理論預(yù)測潤滑失效的正確性提出了質(zhì)疑 。 關(guān)于影響實際的彈流潤滑理論偏離經(jīng)典的彈流潤滑理論的主要因素 , 中外學(xué)者已經(jīng) 做過 了大量的研究 。 這些影響因素主要有以下三個方面 :潤滑劑的非牛頓效應(yīng) 、 溫度效應(yīng)和被潤滑表面的粗糙度效應(yīng) 。 所以在 進行直齒輪疲勞壽命的分析時應(yīng)該將這三個方面考慮進去。 這樣才能合理的分析 齒輪的疲勞壽命。 目前我們已經(jīng)可以在 各個技術(shù)領(lǐng)域 見到 齒輪傳動 的 廣泛應(yīng)用 , 但齒輪的 在潤滑方面的 主要失效機理至今 還未能 研究 的非常 清楚 。 雖然 直齒輪是齒輪傳動中的最簡單 的一種 形式 , 但 在直齒輪嚙合中 的潤滑條件 和對其 性能 的 分析仍是一個十分復(fù)雜的工程問題 ,齒輪傳動 的 彈流潤滑 問題 已 然 為國際摩擦學(xué)界的一個熱點研究課題之一 。 而 齒輪的潤滑與接觸問題的解決程度 則 被 各國 視為衡量摩擦學(xué)發(fā)展的重要標志 。 近年來 , 潤滑流體非牛頓特性對齒輪傳動性能的影 響已 經(jīng)漸漸 引起 了一些學(xué)者 的 密切重視 , 尤其 是在高速 、 重載的工況下 , 潤滑劑失去了牛頓 特 型性狀特征 。 為此國內(nèi)一些學(xué)者開展了非牛頓流體彈流潤滑的理論研究 。所以研究在非牛頓流體彈流潤滑狀態(tài)下的直齒輪疲勞壽命 對提高齒輪組的可靠性與運行壽命具有重要的意義。 （二）課題研究現(xiàn)狀 由于實際情況中高速重載的直齒輪嚙合情況非常復(fù)雜，計算量巨大，想要對彈流潤滑狀態(tài)直齒輪的疲勞壽命進行分析進行實際的運算是十分困難的。但是 但是ANSYS 軟件提供了包括建模、導(dǎo)入、分析整套的研究體系，利用 ANSYS 有限元分析軟件強大的前后 處理能力及計算能力會使分析過程變得簡單 。 （三）研究內(nèi)容與目標 本課題研究的是 彈流潤滑狀態(tài)下直齒輪的接觸疲勞壽命分析，根據(jù)現(xiàn)有的計算公式推導(dǎo) 出經(jīng)典彈流潤滑的直齒輪接觸疲勞壽命， 再 綜合考慮 實際情況中高速重載情況下對 彈流潤滑效應(yīng)以及齒輪幾何形狀的影響，通過 Ansys有限元分析獲取齒輪接觸應(yīng)力，再結(jié)合材料 P?S?N 曲線研究彈流潤滑效應(yīng)對 直 齒輪接觸疲勞壽命的影響程度。 二 、 理論分析 1 齒輪彈流潤滑物理模型的建立 當(dāng)我們研究直齒輪彈流潤滑問題的時候 ， 我們可以用一對 圓柱體的接觸來模擬直齒輪嚙合，這對圓柱體的半 徑則分別等同于齒輪嚙合點處漸開線的當(dāng)量曲率半徑R1 和 R2，轉(zhuǎn)動速度分別等同于相應(yīng)齒輪的轉(zhuǎn)速 n1 和 n2，嚙合點的切線速度分別為 u1 和 u2。如圖 1(a)所示。 同理我們可以進一步 ，用 1 個當(dāng)量半徑為 R、轉(zhuǎn)速為n，切線速度為 u 的等效圓柱體和 1 個無限長的剛性平面的接觸來模擬，如圖 1(b)所示。 圖 1 齒輪彈流潤滑物理模型 2 齒輪接觸應(yīng)力分析 齒輪嚙合過程的幾何參數(shù)計算 現(xiàn)選用一對嚙合直齒輪基本參數(shù)如下：模數(shù) m= mm，傳動比 i= 75，齒數(shù)z1=32， z2=103，齒寬 bg=45 mm，壓力角 α =176。} 。工況取轉(zhuǎn)速 n=7 500 r/min，傳遞功率 PE=600 kW，齒輪副材料 20Cr2Ni4A，屈服強度 ? s=1 080 MPa，拉伸強度 ? b=1 175MPa，彈性模量 E=105 MPa ，泊松比 ν =，潤滑油動力黏度η = Pas 。 我們對這五個嚙合點 可以表示為 1 個雙齒嚙合的瞬態(tài) B?和 1 個單齒嚙合的瞬態(tài) B+、節(jié)點 J、單雙嚙合交替點 C同理這個 C可以表示為 1 個單齒嚙合的瞬態(tài) C?和 1 個雙齒嚙合的瞬態(tài) C+、嚙出點 D， 我 們對這五個點 用穩(wěn)態(tài)的一維形式的雷諾方程進行 來進行 求解。 從而 這些特殊嚙合點的幾何參數(shù)進行計算。 1) 主動輪轉(zhuǎn)角計算分析 實際的嚙合長度應(yīng)該為 式中： ra1 和 ra2 是主動輪和從動輪的齒頂圓半徑； r1 和 r2 分別為主、 從動輪的分度圓 半徑； rb1和 rb2 則是主動輪和從動輪的基圓半徑運算時為了方便均可以以使兩數(shù)值相等。
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