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基于EHL蜗杆传动的摩擦特性分析及摩擦学设计

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基于EHL蜗杆传动的摩擦特性分析及摩擦学设计

作者：张文倩延边大学

学位级别：硕士

本文研究弹性流体动力润滑下蜗杆传动的摩擦特性分析及摩擦学设计,通过Hertz接触理论和雷诺润滑理论的结合,探求线接触弹流润滑问题的求解方法,从而把握最小油膜厚度的计算求解。本文首先研究特定参数对蜗杆传动润滑特性的影响,探究影... 详细信息

本文研究弹性流体动力润滑下蜗杆传动的摩擦特性分析及摩擦学设计,通过Hertz接触理论和雷诺润滑理论的结合,探求线接触弹流润滑问题的求解方法,从而把握最小油膜厚度的计算求解。本文首先研究特定参数对蜗杆传动润滑特性的影响,探究影响最小油膜厚度的因素,从而为蜗杆传动减少摩擦、磨损及摩擦学设计提供依据。然后利用CATIA建立蜗杆传动模型,并计算蜗轮啮入点、节点和啮出点的最小油膜厚度、膜厚比、摩擦系数和摩擦力。本文设计四组实验数据,自变量分别是润滑油黏度、蜗杆转速和表面粗糙度,分别探究自变量对蜗杆传动的最小油膜厚度、膜厚比、摩擦系数及摩擦力的作用,充分分析弹流润滑下蜗杆传动的摩擦特性。最后,利用蜗杆传动的强度设计和以最小油膜厚度为准则的润滑设计,将两者紧密结合,建立蜗杆传动的摩擦学设计公式。摩擦学设计不仅满足齿面接触疲劳强度要求,同时也减小了蜗杆传动中不必要的摩擦和磨损,满足了接触表面的润滑要求。相对于齿轮传动、滚动轴承的弹流润滑问题,蜗杆传动的研究与资料显然要少的很多,因此研究弹流润滑下的蜗杆传动更具有实践意义和必要性。只有了解蜗杆传动的摩擦和润滑问题,才能整体把握蜗杆传动的摩擦特性,才能有更好的设计方法和准则,提高蜗杆传动的使用寿命和传动效率。弹流润滑理论是机械摩擦学中的一类分支,本文研究内容也为其他零部件的摩擦特性研究及摩擦学设计提供了依据和参照,对现实生活中也存在着非常重要的研究意义。另一方面,蜗杆传动的主要摩擦方式是滑动摩擦,不同于齿轮传动等滚动摩擦方式,因此蜗杆传动的接触表面更容易发生摩擦和磨损,从而对润滑油、润滑方法和润滑装置的要求会更大。蜗杆传动工作时,会因为摩擦生热产生很多问题,温度升高,润滑油的黏度就会降低,从而影响弹流润滑下蜗杆传动的摩擦特性,因此润滑油的物理性质也是摩擦学中应该注意的问题。通过上述内容的论述,阐明了本文的研究内容及研究意义,本文通过每一章节的内容分别阐述了弹流润滑下蜗杆传动不同的摩擦特性,用实验数据清晰解释了摩擦特性之间的关系。

关键词：弹流润滑蜗杆传动最小油膜厚度摩擦特性摩擦学设计

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双级活齿传动效率与温升研究

双级活齿传动效率与温升研究

作者：姚佩妮燕山大学

学位级别：硕士

双级活齿传动结构简单紧凑、尺寸小、传动比范围大、传动效率高、承载能力大,非常适用于石油钻井和机器人等技术领域。本文围绕双级活齿传动从弹流润滑、效率、传热、温升和样机研制等方面进行了研究。依据弹性流体动压润滑理论,运用Dow... 详细信息

双级活齿传动结构简单紧凑、尺寸小、传动比范围大、传动效率高、承载能力大,非常适用于石油钻井和机器人等技术领域。本文围绕双级活齿传动从弹流润滑、效率、传热、温升和样机研制等方面进行了研究。依据弹性流体动压润滑理论,运用Dowson-Higginson公式,计算了双级活齿传动的最小油膜厚度,并根据膜厚比判断了其润滑状态,分析了参数对最小油膜厚度的影响。结果表明:双级活齿传动中活齿与滚道间是薄膜润滑,增大活齿与激波器两圆弧的中心距、活齿半径可有效增大最小油膜厚度,采用精抛等加工方法来提高表面精度也可以改善润滑状态。对双级活齿传动系统进行了力和力矩分析,计算了赫兹接触应力、相对滑动速度和摩擦因数,求解出低速级传动的啮合效率;考虑摩擦发热求解了轴承效率;综合传动部分和轴承损耗得出整机传动效率。研究了活齿与齿廓轮间的摩擦生热量,分别建立了活齿与齿廓轮的热分析模型并推导出热传导方程和热应力方程,应用MATLAB软件求解了温升分布,分析了参数对温升的影响情况。结果表明:为降低温升,应该适当增大激波器偏心圆偏心距和活齿半径,适当减小活齿与激波器两圆弧的中心距、第一级活齿中心回转半径、主动轴输入力矩和主动轴输入转速。利用NX10.0软件对双级活齿传动进行了建模与仿真,加工出实体样机并进行装配与调试,结果表明:样机运转平稳无噪声。在该结构的基础上,设计研制了双级活齿抽齿传动样机和双级摆线活齿传动样机。结果表明:三种双级传动的结构均可以实现定传动比减速且运转良好。

关键词：活齿传动最小油膜厚度效率温升双级传动

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齿轮箱的摩擦学优化设计

齿轮箱的摩擦学优化设计

作者：杨益梅湘潭大学

学位级别：硕士

齿轮箱是现代机械设备中应用极为广泛的传动装置,包括减速器和增速器。以往很多设计者在设计完齿轮和滚动轴承后再考虑它们的摩擦问题,但是这样太被动了,因为设计的大局已经按照老经验确定了。本文在齿轮箱的设计初始阶段进行主动摩擦... 详细信息

齿轮箱是现代机械设备中应用极为广泛的传动装置,包括减速器和增速器。以往很多设计者在设计完齿轮和滚动轴承后再考虑它们的摩擦问题,但是这样太被动了,因为设计的大局已经按照老经验确定了。本文在齿轮箱的设计初始阶段进行主动摩擦学设计,把齿轮箱中的齿轮、滚动轴承和箱体等当成一个整体的摩擦学系统,以齿轮的润滑为主要手段,对整个齿轮箱进行摩擦学优化设计。目前,减速器普遍存在着体积大、重量大,因润滑不良而提前失效,或者传动比大而造成机械效率过低的问题。本文以弹性流体动压润滑为基础,分析了重型二级展开式硬齿面(ZLY)斜齿圆柱齿轮减速器中齿轮的润滑状态。综合考虑齿轮和滚动轴承的润滑,箱体的密封,并提出了合理的润滑方式与密封方式,建立了齿轮箱的摩擦学系统框图。为了提高齿轮箱的可靠性、使用寿命以及降低能耗,本文采用复合形法,用Matlab编程,建立优化程序包,对重型二级展开式硬齿面(ZLY)斜齿圆柱齿轮减速器进行优化设计。根据重载减速器不同的使用情况,建立了基于摩擦学设计的目标函数或约束条件,提出了多种优化方案,并得到了较理想的优化结果。目前,我国的风力发电行业已进入高速发展期,而齿轮箱的损坏是影响风力机可利用率的一个最重要因素。为了解决增速器润滑、维护很难,又要求高寿命等问题,本文调用优化程序包,进一步对增速器进行了摩擦学优化设计,获得了较满意的结果。并根据高寿命和高可靠度要求选择相应的滚动轴承和油封,对高效地利用风力资源具有重要的理论意义和工程实用价值。

关键词：齿轮箱摩擦学设计润滑复合形法最小油膜厚度

双滚柱包络环面蜗杆传动的啮合特性研究及设计建模

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双滚柱包络环面蜗杆传动的啮合特性研究及设计建模

作者：蔡志盛安徽理工大学

学位级别：硕士

以双滚柱包络环面蜗杆传动为研究对象,基于齿轮啮合原理及弹流润滑理论对其啮合特性进行分析研究。双滚柱包络环面蜗杆与传统的蜗杆传动不同之处在于,该蜗轮是由周向均布且可绕自身轴线回转滚柱的两个蜗轮体组装而成,蜗杆则是以该蜗轮... 详细信息

以双滚柱包络环面蜗杆传动为研究对象,基于齿轮啮合原理及弹流润滑理论对其啮合特性进行分析研究。双滚柱包络环面蜗杆与传统的蜗杆传动不同之处在于,该蜗轮是由周向均布且可绕自身轴线回转滚柱的两个蜗轮体组装而成,蜗杆则是以该蜗轮轮齿的滚柱面为母面包络而成的环面蜗杆,传动的滚柱齿面与蜗杆的左右齿面一直保持相互啮合。该传动具有摩擦磨损更小、传动更加平稳、传动效率和传动精度更高的特点。论文主要针对该传动的基本几何参数(蜗轮齿数、模数、中心距、滚柱偏距、交错角、滚柱半径等)对其啮合性能及其啮合齿面最小油膜厚度的影响规律进行了分析,进而得到改善该传动的啮合及润滑性能的最佳设计参数范围。主要研究内容如下:首先利用齿轮啮合原理和微分几何理论对该传动进行数学建模,得到该传动的啮合特性方程。再利用MATLAB软件将上述方程结合齿轮啮合原理相应的公式得到蜗轮齿数、模数、中心距、交错角、滚柱偏距、滚柱半径、蜗轮的转角与啮合特性的曲线关系图,分析上述参数对啮合特性的影响,得到该传动有利于啮合性能的参数范围。基于弹流润滑理论,结合上述推导出的啮合特性方程,进一步建立该传动的最小油膜厚度的方程式。通过MATLAB软件得到蜗轮齿数、模数、中心距、交错角、滚柱偏距、滚柱半径、蜗轮的转角与最小油膜厚度的关系曲线图,分析上述参数对最小油膜厚度的变化规律,得到有利于该传动润滑性能的参数范围。推导出蜗杆齿面的螺旋线方程,在MATLAB软件中建立蜗杆齿面螺旋线并得到其点坐标,将齿面螺旋线的点坐标数据导入PRO/E软件建立该蜗杆齿面特征,再使用SOLIDWORKS软件对蜗轮蜗杆进行实体建模并虚拟装配。最后对装配体进行间隙和干涉检查并进行运动仿真,验证该传动蜗轮蜗杆齿面方程的正确性。图[44]表[1]参[80]

关键词：双滚柱包络环面蜗杆啮合特性弹流润滑最小油膜厚度

计入热效应的高速电主轴圆锥动静压轴承润滑性能研究

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计入热效应的高速电主轴圆锥动静压轴承润滑性能研究

作者：武宁宁郑州大学

学位级别：硕士

高速精密电主轴采用滑动轴承作为支撑零件时,轴承油膜的润滑性能直接影响主轴系统的可靠性和使用寿命。高速电主轴工作时,摩擦功耗造成润滑油温度急剧升高,黏度随之降低,轴承油膜不均匀分布的温度场和黏度场会影响润滑性能,甚至引起油... 详细信息

高速精密电主轴采用滑动轴承作为支撑零件时,轴承油膜的润滑性能直接影响主轴系统的可靠性和使用寿命。高速电主轴工作时,摩擦功耗造成润滑油温度急剧升高,黏度随之降低,轴承油膜不均匀分布的温度场和黏度场会影响润滑性能,甚至引起油膜破裂和转子系统失稳。因此高速电主轴温升已经成为制约其性能的主要因素。本文以电主轴中具有深浅腔的圆锥动静压轴承为研究对象,探讨热效应对轴承油膜特性及转子系统稳定性参数的影响,主要研究内容和结果如下:首先基于层流润滑理论,建立了控制圆锥动静压轴承油膜压力分布、温度分布的Reynolds方程、能量方程、温黏关系式及相应的边界条件,在此基础上采用有限元法和有限差分法离散控制方程组,计算得到不同工况下高速圆锥动静压轴承的压力分布、温度分布及静态、动态特性参数,分析了计入热效应时保证润滑油膜不破裂的最小油膜厚度。计算结果与等温模型结果进行对比表明:主轴转速越高,油膜温升越大;热效应使得轴承油膜承载力减小,端泄流量增大,偏位角变大;最小油膜厚度减小。其次在静平衡计算基础上,将电主轴简化为单质量刚性对称轴承-转子系统,建立计入热效应的系统动力学方程,采用Routh-Hurwitz准则推导并得到了系统的界限涡动比、失稳转速等稳定性参数并与等温状态进行了对比。结果表明:计入热效应后,锥轴承油膜主刚度、主阻尼均减小,且转速越高,其减幅越大;临界质量减小,失稳转速在偏心率为0.6时,减幅高达50.5%;热效应使系统稳定性降低。热效应对高速精密电主轴性能影响非常显著,本文为高速电主轴的设计提供了参考。

关键词：高速电主轴圆锥动静压轴承热效应稳定性最小油膜厚度

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数控铣床主轴轴承油气润滑机理研究

数控铣床主轴轴承油气润滑机理研究

作者：马莉沈阳工业大学

学位级别：硕士

滚动轴承是机械产品的重要组成零件，对于数控螺杆铣床来说是主轴的核心零件，其温升状况对被加工工件的加工精度有着重要影响，并且也影响着铣床的加工效率。为了提高铣床的加工效率和使用寿命，对轴承温升要进行严密的控制，因此轴承... 详细信息

滚动轴承是机械产品的重要组成零件，对于数控螺杆铣床来说是主轴的核心零件，其温升状况对被加工工件的加工精度有着重要影响，并且也影响着铣床的加工效率。为了提高铣床的加工效率和使用寿命，对轴承温升要进行严密的控制，因此轴承的润滑就显得尤为重要。油气润滑作为新型的润滑方式，对滚动轴承的润滑有着重要的影响，针对高速加工技术对轴承润滑进行研究具有重大的指导意义。论文结合理论分析和实验研究双管齐下，以LXK300X数控螺杆铣床的角接触球轴承为研究对象，主要是对油气润滑机理进行理论研究和油气润滑对轴承温升情况进行实验研究。论文中了解了油气润滑国内外的发展趋势和应用范围，研究了弹性流体动力润滑润滑原理和油气润滑工作原理，分析了油气润滑应用在轴承上的优点。并且结合油膜厚度经典公式和油气润滑机理，推导出油气润滑轴承时的油膜厚度公式。本文分析了轴承的摩擦发热机理，得出了摩擦对轴承温度的影响，并引用经典摩擦力矩公式和发热量公式进行相关的计算。基于传热学理论，推导出轴承的各个部分的热阻公式。对轴承的传热过程进行简化，以轴承一维传热过程模型，画出轴承热节点图和轴承热电阻图。应用热电阻网络法分析轴承的热量传递，建立轴承一维方向的热量传递方程，理论上证明油气润滑与油润滑相比，轴承温升更低。本文在研究油气润滑对轴承的温升影响时做了大量的试验，从试验结果中发现油转速、润滑油量、润滑油运动粘度、压缩空气压力与轴承的温升变化的关系。其中，轴承的温升随着转速和润滑油运动粘度的增大而升高，反而随着压缩空气压力的增大而降低。并且发现润滑油量与轴承温升的关系，润滑油量过小或过大时轴承温升会较高，只有合适的润滑油量才可以使轴承温度最低。通过油气润滑与油润滑的对比试验，可以看出油气润滑比油润滑具有更好的润滑冷却效果。

关键词：角接触球轴承油气润滑最小油膜厚度热传递温升研究

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弧面分度凸轮机构润滑特性分析与仿真

弧面分度凸轮机构润滑特性分析与仿真

作者：赵帅天津工业大学

学位级别：硕士

弧面分度凸轮机构在传动应用中极容易出现磨损、点蚀等失效情况,而改善机构的润滑性能是解决问题的关键。本文以弧面分度凸轮机构为研究对象,从分度期传动过程中形成的弹性润滑油膜入手,对机构润滑基础参数和机构分度期啮合过程中形成... 详细信息

弧面分度凸轮机构在传动应用中极容易出现磨损、点蚀等失效情况,而改善机构的润滑性能是解决问题的关键。本文以弧面分度凸轮机构为研究对象,从分度期传动过程中形成的弹性润滑油膜入手,对机构润滑基础参数和机构分度期啮合过程中形成的弹性润滑油膜厚度进行研究,分析不同因素对弹性润滑油膜厚度的影响。本文主要工作内容如下:（1）详细分析弧面分度凸轮机构的结构形式及工作原理。应用空间包络面共轭原理、旋转变量法及微分几何学,分析常规的机构圆柱形滚子弧面分度凸轮机构工作轮廓面曲线,推导求解工作曲面廓线方程组及共轭方程,设定几何参数及运动参数,求解工作曲面坐标。研究机构润滑性能的基础参数,推导求解工作曲面分度期的诱导主曲率、压力角、卷吸速度,并验证所建立数学模型的正确性。建立弧面分度凸轮机构三维实体模型,完成机构的装配。（2）针对弧面分度凸轮机构分度期工作曲面的油膜压力即接触应力的研究,提出数值分析算法方案,并结合弹性线接触Hertz理论进行求解计算。针对数值分析算法的正确性,对机构分度期啮合过程进行静力学仿真分析验证,设置相同的参数,求解结果与仿真结果进行对比,验证数值分析算法的可行性。（3）系统分析线接触弹性动压润滑理论及运动方程,并结合Hamrock-Dowson经验公式,在稳态工况条件下,对弧面分度凸轮机构分度期的弹性润滑最小油膜厚度与接触应力的关系进行研究。定义不同弧面凸轮转速,研究接触应力、最小油膜厚度及膜厚比之间的影响关系及变化规律,分析得出弧面分度凸轮机构分度期啮合过程中最容易发生磨损失效的位置。（4）从本文建立的圆柱滚子弧面分度凸轮机构模型上入手,改变从动件滚子形状,保持参数不变,在圆柱形滚子母线位置添加锥角使其形成圆锥形。推导分析圆锥滚子曲面方程与曲率变化,选取与圆柱滚子弧面分度凸轮机构相同的工况条件及参数,仿真圆锥滚子机构啮合过程的接触长度、接触应力、成膜情况变化曲线,并与圆柱滚子弧面分度凸轮机构进行对比分析,研究不同滚子形状对弧面分度凸轮机构润滑性能的影响。创造性的求解出弧面分度凸轮机构分度期啮合过程中的接触应力,并分析其啮合过程中的润滑特性,为提高机构传动性能及润滑性能提供理论依据,具有很高的实用价值。

关键词：弧面分度凸轮机构接触应力弹性润滑最小油膜厚度膜厚比

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精密钢球传动啮合副润滑及摩擦研究

精密钢球传动啮合副润滑及摩擦研究

作者：靳景川燕山大学

学位级别：硕士

精密钢球传动是一种利用钢球摆线槽啮合副实现减速,钢球环形槽啮合副实现等速输出的新型精密少齿差行星传动机构。这种精密传动机构的突出优点是结构紧凑、无回差、重合度大、传动效率高等,因而具有良好的应用前景。分析了精密钢球传动... 详细信息

精密钢球传动是一种利用钢球摆线槽啮合副实现减速,钢球环形槽啮合副实现等速输出的新型精密少齿差行星传动机构。这种精密传动机构的突出优点是结构紧凑、无回差、重合度大、传动效率高等,因而具有良好的应用前景。分析了精密钢球传动机构的结构组成、工作原理以及啮合副的运动状态。根据精密钢球传动啮合副的力学特性,分析了在线性条件和非线性条件下计算出的啮合副作用力的差别。研究了精密钢球传动机构的运动特性,推导出了摆线槽和环形槽啮合副的滑动速度计算公式。根据精密钢球传动接触力学和运动学理论,应用Hamrock-Dowson公式推导出精密钢球传动啮合副最小油膜厚度计算公式。应用数值计算方法,在MATLAB中构造函数,分析了摆线齿形的短幅系数和滚圆半径及钢球半径等基本参数对摆线槽啮合副最小油膜厚度的影响规律。分析判别啮合副的润滑状态,提出啮合副处于完全弹流润滑状态时参数选择的计算方法,并计算出基本参数的取值域。分析了等速输出机构中的钢球半径和环形槽数等基本参数对环形槽啮合副的啮合点处最小油膜厚度的影响。分析了精密钢球传动阻力矩的产生原因,根据啮合副摩擦力矩的计算方法,推导出了精密钢球传动摆线槽和环形槽啮合副阻力矩的计算公式,建立了精密钢球传动阻力矩分析模型,分析了精密钢球传动阻力矩的影响因素和减少阻力矩的方法。

关键词：精密钢球传动啮合副弹流润滑最小油膜厚度润滑状态摩擦阻力矩

基于弹性流体动压润滑理论选择齿轮油粘度的可靠性计算

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润滑与密封 2001年第2期26卷 14-15,18页

作者：郭攀成兰州工业高等专科学校机械工程系 730050

根据弹性流体动压润滑理论的最小油膜厚度与齿面粗糙度的关系用可靠性方法确定齿轮润滑油的粘度 ,给出计算公式并进行了实例计算。此法克服了经验选油法的局限性 ,将齿轮润滑油粘度的选择提到理论高度并可直接算出具体数值。

关键词：润滑油粘度最小油膜厚度齿面粗糙度可靠性弹流润滑