高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析_吕中华.pdf
《高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析_吕中华.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析_吕中华.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、作者简介:吕中华,在读硕士,安徽理工大学机械工程学院。研究方向:机械传动。文章编号:()高速传动齿轮稳态温度场变化特性分析吕中华(安徽理工大学 机械工程学院,安徽 淮南)摘 要:以一对高速传动条件下的渐开线圆柱直齿轮为研究对象,基于传热学理论推导出齿轮副稳态温度场的边界条件,计算分析了齿轮啮合线上任意点的摩擦热流密度,结合 的三维建模功能和 的有限元仿真分析功能得到了不同传动参数下的齿轮稳态温度场变化特性图。结果表明,降低转速、转矩会不同程度地降低齿轮本体温度,为降低齿面温升、改善齿面润滑性能和提高齿轮胶合承载能力提供了一定的理论依据。关键词:摩擦热流密度;有限元分析;稳态温度场;齿轮传动 中
2、图分类号:文献标识码:随着工业技术的不断进步,高速传动齿轮在生产、制造等领域的应用越来越广泛,齿面胶合也成了常见的失效形式之一。无论是冷胶合还是热胶合都与齿轮温度有关,在齿轮传动时,由于齿面摩擦产生的热量会使齿轮本体温度升高,破坏齿面润滑状态,降低齿轮工作效率。因此,研究齿轮表面摩擦热流密度分布情况和本体稳态温度场变化对于改善齿面润滑状态、提高齿轮胶合承载能力和使用寿命具有重要意义。多年以来,人们对于齿轮传动系统的热平衡状态和齿面接触温度的研究一直稳步推进。龙慧等通过建立齿轮本体温度的有限元分析模型,计算分析了高速传动齿轮的瞬时接触应力和本体温度分布情况。年,薛建华等基于 建立了斜齿轮的本体温
3、度场,并计算分析了温度对于斜齿轮载荷分布和应力变化的影响。任敏强等研究分析了电机转速对齿轮稳态温度场的变化影响。张跃明等分析了齿轮啮合面上划分的条形区域数量对温度场的影响。程辉等计算分析了不同齿面结构对弧齿锥齿轮温度场的影响规律。等分析了齿轮在激光焊接过程中的温度场和残余应力变化规律。等计算分析了齿轮动载荷和滑滚比对渐开线齿轮温度变化的影响。王智森运用 的有限元分析功能对齿轮油泵进行了参数化结构优化和泵送效率特性仿真研究,有效提高了齿轮泵的工作寿命。齿轮在啮合达到稳态后,齿轮本体的摩擦生热量与对流散热量趋于平衡,对于齿轮系统中的每一个轮齿,其参与啮合一周时间内的所经历的过程是基本相同的,所以取
4、啮合齿轮副上主动轮的单个轮齿进行摩擦热流量计算与本体稳态温度场的研究。齿轮温度场边界条件的确定根据傅里叶定律和能量守恒定律建立传动齿轮副的热平衡微分方程如式()所示。()()式()中,、分别为齿轮材料密度、比热容;为齿轮热传导系数;为齿轮温度。当齿轮系统的温度达到稳态后,本体温度不随时间变化而变化,即 ;结合式()得到齿轮热稳态方程如式()所示。()齿轮对流换热区可以分为啮合面、轮齿端面、齿顶、齿根及轮齿非啮合面如图(、区)所示,并得到三者边界条件如式()所示。()()()|()第 卷 第 期 年 月黑 龙 江 工 业 学 院 学 报(综 合 版)()DOI:10.16792/ki.1672-
5、6758.2023.01.014 式()中,为齿轮对流换热面沿法线方向的温度梯度;,和 分别为齿轮的端面对流换热系数,齿面对流换热系数,齿顶、齿根及轮齿非啮合面对流换热系数;为啮合面的摩擦热流密度;、及 分别为三个区域所处润滑油的温度。图 主动轮单齿轮廓模型图 齿面对流换热系数的计算根据所需选择型号为 的润滑油基本参数如表 所示。表 润滑油基本参数运动黏度()密度()比热容()导热系数()图 中 区是轮齿对称面,没有热传导,而齿底部与轴连接可视为绝热状态,故无需计算此区域的对流换热系数。齿轮啮合面与润滑油之间对流换热系数如式()所示。|()式()中,为润滑油雷诺数;为齿轮任意点的半径;为角速度
6、;为齿轮副节圆直径。轮齿端面对流换热系数的计算轮齿端面的对流换热可以简化为旋转圆盘的对流换热,通过雷诺数的数值判断流动状态,可分为层流、过渡层流和湍流。当 时,润滑油处于层流状态,端面对流换热系数如式()所示。()()()当 时,润滑油处于过渡层流状态,端面对流换热系数如式()所示。()()当 时,润滑油处于湍流状态,端面对流换热系数如式()所示。()()()式()中,为指数常数;本文取为;为圆盘角速度。齿顶面对流换热系数的计算齿顶、齿根和齿轮非啮合面的对流换热系数如式()所示。()()啮合面摩擦热流密度的计算 啮合线上线性坐标的建立传动齿轮副啮合简图如图 所示。图 传动齿轮副啮合简图由图 所
7、示,以理论啮合线 为坐标轴,取节点作为原点,将啮合线上任意啮合点 的线性坐标表示为节点至该点的距离 与节点至啮合线与主动轮基圆切点 的距离 的比值,并规定沿 方向为负,相反方向为正。则啮合线上任意点的坐标可表示为式()所示 ()式()中,为啮合线上任意点 的无量纲坐标;为小齿轮上 点对应的压力角;为啮合角。同时得到、点的坐标为式()所示。|()第 期黑 龙 江 工 业 学 院 学 报(综 合 版)年 式()中,为从动轮与主动轮齿数之比;为主动轮齿数;为从动轮齿数;、分别为两齿轮齿顶圆压力角;为基圆齿距。齿轮在啮合过程中由于摩擦会产生热量,其值与齿面平均接触压力、齿间相对速度等因素有关且沿齿廓不
8、是均匀分布,任意啮合点处的摩擦热流量密度 如式()所示。()式()中,为摩擦做功转化为热量的比例系数;本文取为 ;为齿面摩擦因数,通常情况下可取为 ;为齿面平均接触压力;为齿轮副切向相对速度。齿面平均接触压力的计算根据赫兹接触理论的描述,一对外啮合传动齿轮的啮合接触可以等效为两圆柱体间的线接触。根据渐开线齿轮的传动特性可知,齿轮啮合时会处于单齿啮合区和双齿啮合区的循环更替中,不同啮合区的啮合点受载情况也是不断变化的。所以需要计算出任意啮合点处的载荷分配系数。对于齿廓未修形的齿轮副,其啮合线上的载荷分配系数 如式()所示。|()则啮合线上任意点处的接触压力 如式()所示。|()式()中,为主动轮
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高速 传动 齿轮 稳态 温度场 变化 特性 分析 中华
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。