变双曲圆弧齿线圆柱齿轮温度预测模型构建

基于摩擦学原理,给出了变双曲圆弧齿线圆柱(VH-CATT)齿轮在混合弹流润滑下齿面摩擦因数沿啮合线的变化规律;首先,通过建立VH-CATT齿轮的热网络模型,得到了齿轮副在啮合过程中齿轮本体的热对流矩阵和热阻矩阵;然后,基于Blok闪温理论和赫兹接触理论,建立了混合润滑状态下VH-CATT齿轮齿面闪温计算模型,得到了齿面...     

宽斜齿轮多目标修形优化设计

通过理论齿面叠加修形曲面方法来设计斜齿轮修形齿面,根据齿轮接触分析、承载接触分析计算得到承载变形、接触线上的离散载荷及啮合刚度,应用弹流润滑剂理论确定离散点的局部摩擦系数,并通过Blok闪温公式获得齿面闪温,建立斜齿轮啮合型弯-扭-轴-摆10自由度动力学模型;以承载传动误差幅值、齿面闪温最小、齿面载荷均匀及振动加速度最小为目标,通过改进的粒子群优化算法确定了最佳修形齿面。结果表明:修形后齿轮副重合度增加,载荷均匀,齿面闪温分布明显改善;随转速、载荷的增加,啮合冲击逐渐增大,且随转速增加,啮合冲击激励较刚度激励的振动更加明显,因此共振的敏感性降低,多载荷承载传动误差幅值反映了振动随载荷变化趋势;修形后传动误差幅值、啮合冲击降低,因此有效降低了系统振动。     

齿面接触闪温测量系统的设计

基于动态热电偶测温理论,以STM32微处理器为数据采集设备控制中枢,以基于C#的PC端应用程序为面向用户窗口,建立了直齿圆柱齿轮的全齿面接触闪温测量系统.自主设计开发的C#应用程序以齿面接触闪温相关领域研究需求为导向,着眼研究效率的提升并兼顾用户体验,定制实现了测量结果的展示、存储、批量回放、对照切换以及齿面接触闪温主要参数值的估计等功能.通过系统测量实践结果与Blok闪温理论及公式的对照分析,证明系统测量结果准确可靠.     

面齿轮传动全齿面闪温分布与抗胶合修形优化

为快速求解面齿轮传动的全齿面闪温分布,基于Blok闪温公式、齿面接触分析和承载接触分析技术,通过计算接触椭圆长轴离散点处的切向速度、综合曲率半径、载荷密度以及赫兹接触带半宽,建立了面齿轮传动全齿面闪温求解模型,并与带精英策略的快速非支配排序遗传算法相结合,以小轮修形曲线的8个参数为优化变量,以全齿面闪温最小为优化目标,建立了面齿轮传动抗胶合修形优化模型。算例分析结果表明:节线附近闪温近似为0℃;离节线越远,相对滑动速度就越大,闪温也越大,胶合失效最易发生在啮出的接触椭圆长轴上;优化小轮修形参数使全齿面的最大闪温下降了29.9%,从而提高了面齿轮传动的抗胶合能力。     

基于模糊综合决策的直齿圆柱齿轮齿廓最佳修形

在时变啮合刚度和Blok闪温理论的基础之上,系统地分析齿廓修形参数对齿间载荷分配、传动误差和齿面闪温的影响,并确定在单目标条件下齿廓修形的最佳修形参数.基于模糊综合决策理论,确定了综合考虑多目标条件下齿廓修形最佳修形参数.引入多目标条件下修形量的修正系数Xc ,确定修正系数Xc的值,并给出多目标条件下修形量的计算公式.综合最佳修形参数的最大修形量,取单双齿啮合区交替点B和D的变形量乘以修正系数Xc,修形指数取1.43,修形方式为长修形.     

蜗轮稳态温度场的模拟及影响因素分析

为了获得蜗轮齿面本体温度的分布特征,结合传热学、摩擦学及啮合原理,对啮合过程中轮齿的对流换热系数和齿面摩擦热流密度进行了数值模拟,建立了轮齿温度场的有限元分析模型,并对不同载荷和转速条件下,轮齿接触面本体温度的变化趋势进行了研究.结果表明:齿面本体温度沿齿宽方向的分布是不对称的,蜗轮齿面的啮入端、中间区、啮出端按低温、高温、中温分布;最大本体温度产生于轮齿齿面的节线附近;蜗轮副传递的转矩越大,齿面最大本体温度随转速增加的变化趋势越明显.     

Ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法

为了提高汽车驱动桥综合传动性能,提出基于ease-off拓扑修形准双曲面齿轮齿面多目标优化设计方法。预置传动误差参数及抛物线修形参数设计小轮法向ease-off曲面,小轮修形齿面表示为大轮的共轭齿面叠加ease-off曲面。结合齿面接触分析(TCA)、齿面承载接触分析(LTCA)方法及齿轮摩擦理论最新进展,得到接触线离散点的滑动速度、啮合承载变形、载荷分布及局部摩擦系数,进而确定齿面瞬时啮合效率和Block闪温。以承载传动误差幅值(ALTE)最小、齿面闪温最小和平均啮合效率最大进行多目标优化,获得最佳修形齿面,并分析齿面滑动速度与综合曲率半径的变化及重合度对啮合性能的影响。算例表明:最优ease-off修形齿面在啮入、啮出端有足够的抛物线传动误差,可有效减小ALTE并降低安装误差的敏感性;在整个齿高方向有一定的齿廓修形且接触迹线角较小时,齿轮副则有较大重合度,且齿顶、齿根载荷向节线附近集中,而节线附近的滑动速度较小,导致接触线平均摩擦系数下降,因此,啮合效率增加,齿面闪温下降;齿面适配量过大时,接触线载荷增加,摩擦功耗增大,啮合效率减小。     

齿轮稳态温度场及热变形研究

根据摩擦学、传热学以及齿轮啮合原理等知识,确定了轮齿各表面的对流换热系数的计算方法,及啮合面摩擦热流密度的计算方法.利用APDL语言建立了单齿热力耦合分析的有限元参数化模型.引进了混合介质特性参数的比例因子及修正系数,使得有限元模型更加接近实际工况.得到了齿轮单齿稳态温度场及热变形的有限元分析结果.并通过数据处理得到了啮合面热变形量沿啮合线法线方向的变形曲面.研究结果表明:齿轮的稳态温度场存在明显的温度梯度,啮合面温度最高,最高温度出现在啮出端双齿啮合区中部.齿轮的热变形存在明显的变形梯度,齿顶变形量最大,齿根最小.热变形沿啮合线法线方向的变形量,在齿顶中部最大,在齿宽方向成上凸分布,且在齿顶位置上凸最明显;在量级上与齿廓修形的修形量处于同一量级,因此将对齿廓修形的效果产生很大影响.本文的研究可为考虑热变形的齿廓修形设计等提供理论依据.     

动态热电偶法测量齿面闪温分布实验研究

用动态热电偶法测量齿面闪温分布,设计制造可测出全齿面闪温的三片组合带电阻式齿轮结构。测试结果与理论计算结果基本一致。提出了利用动态热电偶测得的齿面闪温分布曲线计算齿面积分温度的方法。     

采用热弹流润滑理论数值计算的风电齿轮微点蚀承载能力分析

在线接触热弹流润滑的基础上,对风电主齿轮的热弹流模型进行计算,对比了热弹流润滑和ISO/TR 15144—1计算出的最小油膜厚度及微点蚀安全系数。给出不同啮合点的无量纲压力、膜厚、温度分布图。结果表明:使用热弹流润滑理论直接计算风电齿轮箱微点蚀安全系数是可行的;直接使用热弹流润滑理论计算的油膜厚度小于使用ISO/TR 15144—1计算的油膜厚度;风电主齿轮箱齿面受载分析确定修形量时可以不用考虑热弹流润滑引起的压力分布变化及接触形式变化。     

基于承载因子理论的高转速齿轮润滑特性分析

考虑轮齿在啮合过程中温升及轮齿表面粗糙度的影响,应用Johnson的承载因子理论分析了渐开线圆柱齿轮在高速运动时,不同载荷下其承载油膜的膜厚、剪应力以及摩擦因数沿啮合方向的分布情况,并对比分析了粗糙度对上述参数产生的影响.数值结果表明:齿轮在高速运转时,仍不可避免有粗糙峰的接触;温升明显使膜厚减小,并且沿啮合线这种差别逐渐增加;剪切应力在单双齿啮合区的交替点发生突变,摩擦因数有阶跃变化.啮合节点处剪切应力骤降为0,摩擦因数在此处有波动.     

重载点接触热弹性流体动力润滑问题的数值解

本文基于修正的赫芝压力分布,取得了重载点接触热弹流(TEHL)问题的数值解,得到了温度分布、油膜厚度和摩擦拖曳力.润滑剂的粘度与压力、温度之间的关系由茹兰兹公式确定,摩擦拖曳力的计算,分别采用了热牛顿模型和恩瑞模型.本文的结果同Bruggemann等人的计算和实验结果进行了比较,取得了较好的一致性.计算结果表明:滑动速度、载荷对接触区内的油膜温升影响很大;在滑动速度较大时,热解的油膜厚度大大低于等温油膜厚度;采用恩瑞(Eyring)模型计算摩擦拖曳力较为理想.     

波动载荷对直齿轮微观热弹流润滑的影响

根据实测表面形貌数值拟合了一表面形貌函数,计入了波动载荷效应,考虑了表面粗糙度、时变效应和热效应,对直齿轮进行了微观热弹流润滑研究,分析了载荷波动频率和载荷波动幅值对油膜压力、膜厚和温度的影响。结果表明:低频波动载荷对压力、膜厚和最大温度影响较大,波动载荷频率较高时中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度基本不受波动频率影响;较低波动频率下双齿啮合变单齿啮合瞬时的接触区中心位置的瞬态温升较大,载荷波动频率的增大引起节点接触区入口处温升减小,随着波动频率的增大节点处接触中心位置的瞬态温升增大明显;载荷波动幅值较大时,接触区中心油膜压力、中心膜厚、最小膜厚和最大温度波动幅度较大。     

凸轮-挺柱热弹流润滑的挤压效应分析

在凸轮-挺柱热弹流润滑仿真平台上研究了挤压效应对润滑油膜厚度、接触应力、润滑油温度和摩擦因数的影响.通过对比瞬态热弹流（TTEHL）仿真结果和准稳态热弹流（QTEHL）仿真结果发现,挤压效应使得膜厚、接触应力、温度和摩擦因数在相位上滞后于准稳态仿真结果,在凸轮-挺柱的一个工作周期内,挤压效应仅仅在几个工况突变点对上述参数的大小有明显影响,尤其是在卷吸速度为0的两个位置,挤压效应对接触应力、油膜温度和摩擦因数影响最为显著.      

基于分形理论及蒙特卡罗法的电主轴热特性分析

为了在设计阶段解决高速主轴在实际加工中因温升过高而突然失效问题,构建了主轴热-结构耦合有限元瞬态分析模型.提出了基于接触角迭代法的滚动轴承生热功率求解方法,利用电动机效率分析法求解其生热功率.引入分形理论与蒙特卡罗方法计算结合面间接触热导,有效避免了统计学方法的不准确性与实验法通用性不强的缺陷.由雷诺数判定冷却液流动状态,并依据努赛尔数计算出主轴不同部件的对流换热系数.将上述边界条件施加到有限元模型中,对主轴温度场与热变形进行仿真.结果表明,高速主轴热特性建模方法正确,并能准确预测主轴温度场分布和热变形.     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

SiO2薄膜热应力模拟计算

摘要:薄膜内应力严重影响薄膜在实际中的应用.本文采用有限元模型对SiO2薄膜热应力进行模拟计算,验证了模型的准确性.同时计算了薄膜热应力的大小和分布,分别分析了不同镀膜温度、不同膜厚和不同基底厚度生长环境下热应力的大小,得到了相应的变化趋势图, 对薄膜现实生长具有一定的指导意义.     

燕尾形轴向槽道热管的蒸发冷凝传热特性

建立了燕尾形轴向槽道热管蒸发和冷凝薄液膜传热特性理论模型,并对模型进行了数值求解.对蒸发薄液膜区液膜厚度、接触面温度和热流密度分布进行了分析,给出了汽液接触面蒸发/冷凝传热系数沿轴向的变化.研究表明:在蒸发薄液膜区域,薄液膜厚度沿槽壁方向呈线性增加;汽液接触面的温度在起点几乎和壁面温度相同,随着薄液膜厚度的增加而迅速降低;在薄液膜的起始段,热流密度快速达到最大值,随即迅速减小.蒸发段的蒸发传热系数大于冷凝段的冷凝传热系数,蒸发/冷凝传热系数在整个绝热段并不都为零.同时,通过实验验证了模型的正确性.     

闪光法测量半透明材料热扩散率的理论研究

建立了闪光法测量半透明材料热扩散率的一维瞬态导热-辐射耦合换热数学模型,采用基于控制容积的离散坐标法分析求解激光脉冲在半透明材料内的温度响应,并与由热四端网络法得到的半解析解进行了对比和验证.研究结果表明:两种计算方法在各种计算条件下得到的结果吻合很好.数值方法更灵活,可以处理物性非线性问题,但计算时间较长;半解析法的计算速度非常快,但只能处理常物性问题.此外,本文对试样吸收系数、辐射边界、厚度及试样表面的热损失等因素对温度响应的影响进行了对比分析.     

基于弹流润滑的直齿轮动态效率模型及验证

分析基于弹流润滑状态的直齿轮啮合特性及规律,考察摩擦因子、载荷分配及油膜厚度等关键因子的计算公式,建立基于MATLAB/Simulink的机械动态效率数学模型.以1对齿轮沿啮合线从啮入到啮出为1个周期,将啮合区间划分为4部分分别进行平均滑动摩擦和滚动摩擦功耗的积分计算,同时为表征实际情况中润滑油粘度变化带来的影响引入润滑油粘度变化修正因子.仿真结果与试验数据及已有数学模型的对比分析验证了所建动态效率模型的准确性.