《基於真實粗糙齒面的重載齒輪傳動設計理論與方法研究》是依託太原理工大學，由亓秀梅擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於真實粗糙齒面的重載齒輪傳動設計理論與方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：亓秀梅
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
齒輪傳動接觸疲勞強度設計所基於的赫茲理論僅僅適於一對光滑表面之間無摩擦、無潤滑的靜態接觸，而重載齒輪傳動大都在混合潤滑狀態下工作，即輪齒之間既有潤滑油膜又同時存在著粗糙峰的直接碰撞；此外，由於齒面之間的相對滑動還會導致摩擦力的產生。為了彌補這一差異，該設計標準分別推薦了潤滑係數和粗糙度係數。然而，此二係數是根據中、輕載條件下的一些實驗結論外推而來的，在套用於重載齒輪傳動設計時存在著較大誤差，從而致使依此標準所設計的重載齒輪傳動有時是不可靠的。本項研究將根據泛函理論開發混合彈流潤滑數值計算程式；接著，用此程式並基於齒面真實粗糙度數據和重載齒輪傳動參數進行大量數值計算和118組滾子疲勞實驗，定量探討潤滑油粘度、齒面粗糙度及摩擦力對齒面接觸應力的綜合影響，進而從理論上提出一個綜合係數；然後，套用此係數對現行設計公式進行修正；在此基礎上，建立重載齒輪傳動接觸疲勞強度的設計理論與方法。
結題摘要
齒輪傳動接觸疲勞強度設計所基於的Hertz理論僅僅適於一對光滑表面之間無摩擦、無潤滑的靜態接觸，而重載齒輪傳動大都在混合潤滑狀態下工作，即輪齒之間既有潤滑油膜又同時存在著粗糙峰的直接碰撞；此外，由於齒面之間的相對滑動還不可避免地導致摩擦力的產生，從而致使依現行公式所設計的重載齒輪傳動有時是不可靠的。本項研究通過對實測所得粗糙度數據的插值形成了粗糙度函式，然後將此函式疊加到油膜厚度方程中構建了混合彈流潤滑模型；基於此模型成功開發了數值計算程式，並藉助泛函理論使計算速度提高了6-30倍；套用此程式，共進行了211組數值計算，獲得了一些有價值的理論成果。為了驗證計算結果，先後進行了270對滾子疲勞實驗，二者之間獲得了較好吻合。總結理論與實驗研究結果，可獲如下主要結論： 1. 齒面摩擦力對輪齒接觸應力的影響幅度取決於油膜比厚λ。當油膜比厚λ<1.0時，應當計及摩擦力對接觸應力的影響。此外，還獲得了不同潤滑狀態下摩擦係數的理論計算公式。 2. 齒輪傳動接觸疲勞壽命N 與油膜比厚λ、潤滑油粘度η之間均呈拋物線關係。當λ<4.0時，疲勞壽命N 分別與油膜比厚λ的平方根、潤滑油粘度η的立方根成正比，即N ∝λ1/2、N ∝η1/3；當 λ≥4.0時，N 隨λ或η的增大不升反降，即當潤滑油粘度大於一定值後，接觸應力隨潤滑油粘度的增大不降反升。因此，現行國際標準（ISO /6336:1996）以及國家標準（GB/T 3840-1997)中所薦潤滑係數具有局限性。鑒此，本研究提出了潤滑係數的計算公式。3. 建立了粗糙齒面平均油膜厚度的計算公式。同時，還提出了在混合潤滑狀態下，粗糙齒面平均油膜厚度始終大於光滑齒面膜厚值的結論。4. 齒面接觸應力與齒面粗糙度之間呈拋物線關係。對於常見的重載齒輪傳動而言，粗糙齒面接觸應力比Hertz接觸應力約大1/4。通過對大量計算結果的回歸分析，建立了粗糙齒面接觸應力及粗糙度係數的理論計算公式。5. 基於上述研究所提出的摩擦力影響係數、潤滑係數和粗糙度係數，對現行齒輪傳動接觸疲勞強度設計公式進行了修正，建立了適於粗糙齒面接觸的重載齒輪傳動接觸疲勞強度設計理論，並提出了相應的設計方法。 本項研究所獲成果對完善齒輪傳動接觸疲勞強度設計理論、提高設計結果的可靠性具有一定意義。
