直齿圆柱齿轮传动效率及微点蚀疲劳失效问题的研究

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机械零部件间作用力及能量传递、运动转换、相互位置精度以及整机的运行平稳性均取决于界面之间的接触行为。齿轮传动件，作为典型的关键基础部件和通用部件之一，其服役性能好坏直接影响机械系统的关键技术指标。然而，在齿轮系统传递能量和运动的过程中，由于轮齿啮合导致的摩擦阻力及空气和润滑油等流体引起的流体阻力不可避免地引起齿轮传动过程中的能量损失。同时，轮齿啮合过程中承受复杂变化的滑滚运动和交变的接触载荷，导致其不同的啮合位置界面摩擦系数和功率损失等瞬时变化，因此，在轮齿表面不同位置会发生不同形式的表面退化和疲劳失效，其将会引起传动系统的振动和噪声急剧增加。因此，对轮齿啮合过程中的界面摩擦行为、机械能量损失及疲劳失效进行相关性研究具有重要的意义。
　　本文在综述国内外齿轮传动效率和微点蚀疲劳失效研究的基础上，利用重庆大学机械传动重点实验室自主设计开发的多功能传动摩擦学试验台，针对齿轮传动过程中界面摩擦系数的动态变化、由摩擦力引起的机械能量损失和轮齿表面最主要的失效形式微点蚀进行相关性分析研究，从而为齿轮的优化设计提供一定的借鉴。
　　首先，本文在分析比较基于弹流润滑摩擦系数计算法和经验公式计算法两种摩擦系数计算方法优缺点基础上，采用双滚子对滚来模拟真实轮齿啮合中的线接触问题，综合考虑轮齿啮合过程中各种参数的变化情况，设计双滚子对滚摩擦学试验方案，测量不同接触情况下界面摩擦系数的变化规律，分别研究曲率半径、表面粗糙度、润滑油、载荷、卷吸速度、滑滚比等接触参数对界面摩擦系数的影响。然后基于上述分析不同影响因素的基础上，综合考虑交叉项和平方项等对界面摩擦系数的影响，利用多元线性回归分析方法建立新的界面摩擦系数预测模型，通过与传统经验计算公式预测值和实验测量值相比，新的多元回归预测模型可较为准确地预测界面摩擦系数随工况参数的变化规律。
　　然后，应用轮齿啮合简化分析模型对完整轮齿啮合周期内的接触参数包括曲率半径、卷吸速度、滑滚比、最大赫兹接触压力等参数沿着实际啮合线的变化规律进行分析，并结合上述得到的多元回归界面摩擦系数计算模型，建立齿轮传动机械能量损失预测模型，对每一瞬时啮合点处的机械功率损失进行计算，并通过与齿轮传动效率试验实测值进行比较，可知该模型可较为准确地预测齿轮传动中与载荷有关的机械功率损失随不同工况的变化规律，从而为齿轮的优化设计提供一定的参考。
　　最后，针对轮齿表面最主要失效形式微点蚀进行了初步试验探索研究，通过对表面损伤破坏和微点蚀形状参数数据统计分析的基础上，分别对滑滚比和赫兹接触压力对微点蚀形状、方向、点蚀损伤率、点蚀形状特征和分布特征的影响进行比较分析，从而为揭示轮齿微点蚀疲劳破坏的演化过程和失效机理提供一定的参考。

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作者
耿玉旭;
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作者单位

重庆大学;

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授予单位重庆大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名王战江,王传洋;
年度 2016
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类齿轮及齿轮传动;
关键词
直齿轮; 界面摩擦系数; 多元回归; 机械能量损失; 微点蚀;

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