润滑齿轮传动系统建模分析及对计入温度效应斜齿轮系统研究毕业大论文(编辑修改稿)

润滑齿轮传动系统建模分析及对计入温度效应斜齿轮系统研究毕业大论文(编辑修改稿)内容摘要：

...........................................................................34 图 斜齿轮接触线长度曲线 ...................................................................................35 图 斜齿轮啮合刚度曲线 .......................................................................................36 图 系统的最大 Lyapunov 指数图 .........................................................................37 图 齿轮动力学响应 (η= Pas) .........................................................................38 VIII 图 齿轮动力学响应 (η= Pas) .........................................................................38 图 齿轮动力学响应 (η= Pas) ...........................................................................39 图 齿轮动力学响应 (Cb= m) ........................................................................39 图 齿轮动力学响应 (Cb=1e4 m) .........................................................................40 图 齿轮传递误差响应 (Fw=2 Nm) ......................................................................40 图 齿轮传递误差响应 (Fw= Nm) ...................................................................41 图 齿轮动力学响应 (Tl=5 Nm) ...........................................................................41 图 齿轮动力学响应 (Tl=50 Nm) .........................................................................42 图 不同转速时齿轮敲击振动指标曲线图 .........................................................43 图 敲击指标随粘度和齿侧间隙变化的等值线图 .............................................43 图 敲击振动指标随螺旋角 β 变化曲线 .............................................................44 图 系统功率损耗曲线图 .....................................................................................44 图 功率损耗随粘度和齿侧间隙变化的等值线图 .............................................45 图 功率损耗随螺旋角 β 变化曲线 .....................................................................45 图 齿高和齿厚方向的热变形 ...............................................................................48 图 系统随温升 ΔT 变化的分岔图 ........................................................................51 图 齿轮动力学响应 (ΔT=20 ℃ ) ..........................................................................51 图 齿轮动力学响应 (ΔT=0 ℃ )..............................................................................52 图 齿轮动力学响应 (ΔT=58 ℃ )............................................................................52 图 齿轮动力学响应 (ΔT=80 ℃ )............................................................................53 图 不同螺旋角时敲击指标随温升的变化曲线 ...................................................54 图 不同法面模数时敲击指标随温升的变化曲线 ...............................................54 图 不同螺旋角时功率损耗随温升的变化曲线 ...................................................55 图 不同法面模数时功率损耗随温升的变化曲线 .............................................56 IX 表格 清单 表 系统 参数 ......................................................21 表 常用 的粘温方程 ................................................48 1 绪论 1 1 绪论 引言 变速器 是汽车上的 重要装置 ， 目前的机械式变速器 主要由 箱体、齿轮传动系统、同步器、 换挡装置等组成 ， 而 由多对齿轮组成的齿轮传动系统 是变速器 的 核心部件。 齿轮传动系统在实际工作过程中，为了有效地减少齿面摩擦和磨损，提高齿轮工作寿命，需要对齿轮进行良好的润滑，轮齿齿面通过润滑剂接触时，轮齿之间以非线性油膜力相互作用。 由于非线性油膜力、齿侧间隙和时变啮合刚度等非线性因素的存在，使齿轮传动系统表现出很强的非线性动力学特性。 齿轮传动 系统 的 动态特性直接影响 着 变速箱 各项性能指标的优劣 ： 首先 ， 齿轮 振动常 会引起 与其相连接的 其它 部件的振动 ，而齿轮和 其它 部件产生振动的同时 ,也会向空气中 辐射 噪声 ，因此对变速箱的 NVH 性能产生影响 ； 此外 ，考虑润滑的作用， 由于润滑剂在轮齿间的运动产生的阻尼效应和 润滑 引起的粘滞 力矩 和搅油力矩 ， 齿轮运行过程中会产生功率损耗 ，因此影响变速箱的传动效率。 由于制造、装配 误差和润滑、温度补偿的需要，以及工作过程中的磨损，啮合齿轮副之间不可避免地存在齿侧间隙 [1]。 目前，学者们运 用非线性动力学理论对考虑齿侧间隙的齿轮 传动系统 动力学做了大量的研究 [2]，但 针对考虑润滑的 齿轮传动系统动力学的研究 还 比较少 ，所以关于 考虑润滑 后齿轮传动系统的建模、轮齿之间非线性油膜力的计算 、 考虑润滑的系统动态响应和动力学稳定性以及参数 对考虑润滑的齿轮 系统动力学 响应 的影响，都需要进行系统深入的研究。 此外， 温度也是 影响 齿轮系统动力学 性能的重要因素，变速箱在实际运行工况下，温度变化范围会比较大， 而且不同地区的环境温度差别也很大， 所以有必要 对计入温度效应的齿轮系统进行建模分析，研究 温度 对齿轮系统动态特性的影响，从而为 提升 各种恶劣工况下的 变速箱 传动性能提供理论 支持。 因此 本文以 渐开线 圆柱 齿轮 副 为研究对象， 分别 建立 考虑 润滑 的 直齿轮 和斜齿轮 传动 系统 的动力学模型以及计入温度效应的斜齿轮传动模型， 考察 在不同 工况 下 齿侧间隙、润滑剂粘度 、温度 等因素 对齿轮动力学行为 、 系统 功率损失和敲击振动 的影响 ， 为提高 变速箱 的传动性能 、传动效率和 改善 变速箱 的敲击振动 噪声 提供参考。 研究目的和意义 齿轮传动是机械传动中非常重要的传动形式， 为保证其传动性能，提高其使用寿命， 需要 对齿轮进行良好的润滑。 在良好润滑状态下，轮齿之间形成润滑油合肥工业大学硕士学位论文 2 膜，轮齿之间不 再是干接触，即齿面没有 直接接触 时，由于润滑剂的作用 ， 齿面之间 通过非线性油膜力相互作用。 在目前的机械式变速器传动系统 中，齿轮传动是最重要的动力和运动传动装置，其动态特性直接影响变速箱及整车的性能。 为了提高汽车乘坐的舒适性和提升传动系统的传动效率，需要对考虑润滑的齿轮传动系统动力学特性进行研究，分析系统在不同运行工况下的动力学响应，探讨如何降低齿轮传动系统的振动噪声并减少由于润滑等原因产生的功率损失。 温度是影响齿轮传动系统性能的重要因素，一方面，温度变化会导致齿轮的变形，进而影响齿侧间隙；另一方面，由于润滑剂的粘温效应，温度变化会使润滑剂的粘度改变。 变速器运转过程中，温度变化比较明显，所以要考虑温度效应的影响。 对 考虑润滑 的 直 齿轮 和斜齿轮 传动系统进行动力学行为分析，掌握 润滑剂粘度、齿侧间隙 、螺旋角 等 参数对系统动力学行为的影响规律；并 建立 计入 温度效应的润滑 斜齿轮传动系统 的动力学模型， 考察不同齿轮设计参数和温度条件下系统的 动态特性 ，明确温度工况变化对于齿轮传动系统动力学行为的影响机制 ，探讨齿轮传递误差的控制策略和如何减小变速箱的振动噪音以及提高变速箱的传动效率，为进一步提高变速器齿轮传动性能 和解决变速箱的空转敲击振动问题 提供理论依据 ， 同时，也有助于进一步完善 齿轮系统动力学的理论体系。 国内外研究现状 考虑润滑的齿轮动力学研究 对于齿轮润滑问题，自二十世纪 50 年代起，人们就将弹性流体动力润滑理论应用于齿轮传动 分析，考察 轮齿表面的失效机理。 Herrebrugh 在 Martin 理论的基础上考虑表面弹性变形的影响，用数值方法求得弹性圆柱线接触润滑的最小膜厚 [3]； Dowson 和 Higginson 将其研究所得的油膜厚度理论公式用于渐开线直齿轮传动的膜厚计算 [4]； Vichard 综合考虑了载荷、卷吸速度和曲率半径沿啮合线的变化 ,采用 Gurbin 简化解探讨了齿轮弹流润滑的非稳态效应 [5]。 国内 ,华东耕分析了随机载荷作用下 轮齿间 油膜厚度的变化趋势 ,研究表明 在单双齿啮合 交替处油膜厚度呈 平稳变化 [6]；卢立新等考虑 齿轮传动重合度对轮齿载荷以及 瞬时 曲率半径 和 滑动速度 的影响，对渐开线直齿轮传动进行了分析 [7]；黄靖龙等运用弹流润滑理论，分析了轮齿压力角对润滑油膜厚度的影响 [8]；杨萍进行了斜齿轮的热弹流润滑分析 [9]。 上述研究促进了齿轮弹流润滑领域的发展， 为探究齿轮在润滑工况下的动力学提供了理论方法和基础。 为了更好的探讨齿轮传动的动力学特性，一些学者开始考虑加入非线性油膜力，对 考虑润滑的 齿轮传动系统进行动力学行为分析，研究概况如下： 1 绪论 3 Rahnejat 等 考虑齿轮间润滑剂的卷吸运动和挤压运动时，计算轮齿间 的 油膜力公式， 指出良好润滑时， 轮齿间作用力不再是弹性接触力而是非线性油膜力，主要取决于润滑剂的粘度、卷吸速度、齿轮接触几何性质和轮齿之间的挤压油膜速度 ， 轮齿间 实际接触刚度为润滑油膜的等效刚度 [10]。 Gnanakumarr 等研究了非金属与金属的接触，把齿轮副接近并滚动 使润滑剂 收敛成楔形的时间全部代之为流体动力润滑的作用时间， 提出 这种假设对任意齿轮轻载状况都是适用的 [ 11 ]。 Theodossiades 等针对轻载工况下变速器空转敲击现象，考虑润滑油膜作用，对 一对 斜齿轮 副和变速箱整体模型 进行了动力学分析，研究了齿轮油膜力和轴承油膜力共同作用下齿轮的动态响应，研究表明流体动力润滑油膜表现为一时变非线性弹簧 阻尼元件 [1213]。 以上对考虑润滑的齿轮传动系统研究，建立了单对齿轮模型和变速箱系统模型，模型中都是假设齿轮为刚体，不考虑轮齿的变形，齿轮之间始终以非线性油膜力相互作用。 一些学者在考虑润滑的时候，是把油膜力当作 非线性 阻尼力加入齿轮系统，轮齿接触时还是作用弹性接触力 ， 如 R Brancati 等 考虑 啮合轮齿间隙中润滑剂的阻尼效应， 将油膜 阻尼 力加入齿轮动力学模型，建立单自由度的空载渐开线斜齿轮传动模型，分析在不同润滑条件下齿轮的动力学响应，分析结果表明。