弹流润滑状态下直齿轮的接触疲劳寿命分析毕业设计(编辑修改稿)

弹流润滑状态下直齿轮的接触疲劳寿命分析毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

s and the sn curve, analyzes the contact fatigue life of gear, access to the contact fatigue life of gear in under the condition of high speed and heavy loading, to the life of gear and reasonable prediction KEY WORDS: Spur gear。 Dynamical simulation。 The fatigue life 一 、 绪论 （一）研究背景及意义 随着 科 学 技 术 水平的 不断 进步， 机械传动系统 已经 不断地向高速、重载的方向发展，齿轮的受载条件以及润滑状态 与 低速、轻载的齿轮 有 了 明显的不同。 在高速运转下啮合齿面间形成的弹流润滑效应 便是 其中一个非常重要的物理现象。 19世纪后期 , 弹性流体润滑理论 随着机器大工业的迅猛发展应运而生。 弹性流体动力润滑 (EHL)主要是研究点 、 线高副接触机器零件的润滑问题 (譬如齿轮 、 凸轮和滚动轴承等机器零件的润滑 )。 人们通常认为 , 使用弹流润滑膜厚回归公式必须明确其所基于的计算点 , 因为不同 研究者所提供的公式不大相同 ,它们只能适用于某些特定的工况范围。 随着动力机械不断高速化和大型化 , 弹流润滑失效现象越来越多。 实践表明 :现代工业中齿轮 、 轴承等机器零件的失效大多数是由弹流润滑失效引起的。 但是 , 发生失效的机器零件大都经过弹流润滑设计表明能够良好的润滑。 这 就 使得人们对经典弹流润滑理论预测润滑失效的正确性提出了质疑。 关于影响实际的弹流润滑理论偏离经典的弹流润滑理论的主要因素 , 中外学者已经 做过 了大量的研究。 这些影响因素主要有以下三个方面 :润滑剂的非牛顿效应 、 温度效应和被润滑表面的粗糙度效应。 所以在 进行直齿轮疲劳寿命的分析时应该将这三个方面考虑进去。 这样才能合理的分析 齿轮的疲劳寿命。 目前我们已经可以在 各个技术领域 见到 齿轮传动 的 广泛应用 , 但齿轮的 在润滑方面的 主要失效机理至今 还未能 研究 的非常 清楚。 虽然 直齿轮是齿轮传动中的最简单 的一种 形式 , 但 在直齿轮啮合中 的润滑条件 和对其 性能 的 分析仍是一个十分复杂的工程问题 ,齿轮传动 的 弹流润滑 问题 已 然 为国际摩擦学界的一个热点研究课题之一。 而 齿轮的润滑与接触问题的解决程度 则 被 各国 视为衡量摩擦学发展的重要标志。 近年来 , 润滑流体非牛顿特性对齿轮传动性能的影 响已 经渐渐 引起 了一些学者 的 密切重视 , 尤其 是在高速 、 重载的工况下 , 润滑剂失去了牛顿 特 型性状特征。 为此国内一些学者开展了非牛顿流体弹流润滑的理论研究。 所以研究在非牛顿流体弹流润滑状态下的直齿轮疲劳寿命 对提高齿轮组的可靠性与运行寿命具有重要的意义。 （二）课题研究现状 由于实际情况中高速重载的直齿轮啮合情况非常复杂，计算量巨大，想要对弹流润滑状态直齿轮的疲劳寿命进行分析进行实际的运算是十分困难的。 但是 但是ANSYS 软件提供了包括建模、导入、分析整套的研究体系，利用 ANSYS 有限元分析软件强大的前后 处理能力及计算能力会使分析过程变得简单。 （三）研究内容与目标 本课题研究的是 弹流润滑状态下直齿轮的接触疲劳寿命分析，根据现有的计算公式推导 出经典弹流润滑的直齿轮接触疲劳寿命， 再 综合考虑 实际情况中高速重载情况下对 弹流润滑效应以及齿轮几何形状的影响，通过 Ansys有限元分析获取齿轮接触应力，再结合材料 P−S−N 曲线研究弹流润滑效应对 直 齿轮接触疲劳寿命的影响程度。 二 、 理论分析 1 齿轮弹流润滑物理模型的建立 当我们研究直齿轮弹流润滑问题的时候 ， 我们可以用一对 圆柱体的接触来模拟直齿轮啮合，这对圆柱体的半 径则分别等同于齿轮啮合点处渐开线的当量曲率半径R1 和 R2，转动速度分别等同于相应齿轮的转速 n1 和 n2，啮合点的切线速度分别为 u1 和 u2。 如图 1(a)所示。 同理我们可以进一步 ，用 1 个当量半径为 R、转速为n，切线速度为 u 的等效圆柱体和 1 个无限长的刚性平面的接触来模拟，如图 1(b)所示。 图 1 齿轮弹流润滑物理模型 2 齿轮接触应力分析 齿轮啮合过程的几何参数计算 现选用一对啮合直齿轮基本参数如下：模数 m= mm，传动比 i= 75，齿数z1=32， z2=103，齿宽 bg=45 mm，压力角 α =176。 }。 工况取转速 n=7 500 r/min，传递功率 PE=600 kW，齿轮副材料 20Cr2Ni4A，屈服强度 ς s=1 080 MPa，拉伸强度 ς b=1 175MPa，弹性模量 E=105 MPa ，泊松比 ν =，润滑油动力黏度η = Pas。 我们对这五个啮合点 可以表示为 1 个双齿啮合的瞬态 B−和 1 个单齿啮合的瞬态 B+、节点 J、单双啮合交替点 C同理这个 C可以表示为 1 个单齿啮合的瞬态 C−和 1 个双齿啮合的瞬态 C+、啮出点 D， 我 们对这五个点 用稳态的一维形式的雷诺方程进行 来进行 求解。 从而 这些特殊啮合点的几何参数进行计算。 1) 主动轮转角计算分析 实际的啮合长度应该为 式中： ra1 和 ra2 是主动轮和从动轮的齿顶圆半径； r1 和 r2 分别为主、 从动轮的分度圆 半径； rb1和 rb2 则是主动轮和从动轮的基圆半径运算时为了方便均可以以使两数值相等。