基于KiSSsoft的圓柱斜齒輪側(cè)隙對潤滑油膜的影響研究

許煜

摘 要：以圓柱斜齒輪為研究對象，通過對齒輪端面?zhèn)认逗妄X面最小油膜厚度的分析，建立齒輪端面?zhèn)认逗妥钚∮湍ず穸鹊年P(guān)系式，以解方程的形式尋找最佳油膜厚度下的齒輪端面?zhèn)认叮?并以實例說明分析齒輪側(cè)隙對節(jié)點油膜厚度的影響規(guī)律，為基于齒面最小油膜厚度的齒輪側(cè)隙選取提供了一種方法。

關(guān)鍵詞：齒輪側(cè)隙;最小油膜厚度;KISSsoft

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.011

0 引言

良好的潤滑狀態(tài)是齒輪具備良好壽命的必要條件，它是防止齒輪點蝕膠合的有效手段。在實際齒輪傳動中，因潤滑的三種狀態(tài)中以彈性流體動力潤滑的齒面存在完整地潤滑油膜而成為最理想的潤滑狀態(tài)。潤滑時，整個齒面任意點的油膜厚度取決于齒輪對的潤滑方式、所在位置點的曲率半徑、潤滑油的動力黏度、齒輪對的旋轉(zhuǎn)速度、齒輪基本參數(shù)及受力狀態(tài)等。潤滑油膜不僅影響齒輪壽命，還影響嚙合剛度[1]，影響傳動質(zhì)量[2]。目前有很多關(guān)于潤滑的研究，例如莊玉娟針對表面粗糙度對潤滑的影響采用平均流動模型建立方程式進行的研究[3]，王優(yōu)強，卞榮詳細揭示了表面粗糙度通過引起齒面瞬間潤滑壓力增加，引起溫升的變化從而引起最小油膜的變化規(guī)律[4]，孫健對不同工作條件下給出了齒輪的最佳潤滑方法[5]，樊戰(zhàn)亭，王成詳細闡述了各齒輪基本參數(shù)跟最小油膜厚度的變化規(guī)律[6]，還有黃靖龍，繆協(xié)興等針對某一具體齒輪基本參數(shù)如壓力角的變化對潤滑油膜的影響研究[7]等等。而目前很少有關(guān)齒輪側(cè)隙對潤滑油膜厚度的影響研究。齒輪側(cè)隙由齒輪基本參數(shù)、精度決定，不直接決定齒輪的潤滑情況，但側(cè)隙大小的選擇會影響齒面的潤滑狀態(tài)。本文通過對齒輪側(cè)隙和齒面節(jié)點最小油膜厚度的分析，以兩者共有的齒輪基本參數(shù)螺旋角為傳遞媒介，建立齒輪側(cè)隙跟最小油膜厚度的關(guān)系，通過KISSsoft軟件對實例的計算分析，探尋齒輪側(cè)隙對最小油膜厚度的影響規(guī)律及解決辦法。

1 齒輪側(cè)隙的計算

在實際齒輪嚙合中，齒輪無側(cè)隙嚙合只存在于理論研究中，實際傳動中的無側(cè)隙不僅會加大傳動噪音振動，還會因為齒面無法形成合理油膜而降低壽命，但也不是側(cè)隙越大越利于齒面油膜的形成。在實際應(yīng)用中齒輪側(cè)隙一般被設(shè)定為一個范圍值，在靜態(tài)條件下，它取決于齒輪實效厚度偏差和中心距實效變動偏差等，一般是在齒輪對安裝好后采用壓鉛絲、塞規(guī)或其它的方法來檢測以獲取真實的側(cè)隙值。

保持中心距誤差js7不變，取大小齒輪的齒厚偏差相同，通過變化大小輪的齒厚偏差來獲取齒輪對的法向側(cè)隙，再通過法向側(cè)隙計算出端面?zhèn)认?，通過端面?zhèn)认队嬎銤櫥湍ず穸?，其齒輪具體偏差變化使用按以下表2數(shù)值齒厚偏差變化使用，同時通過KISSsoft軟件運行計算，各組側(cè)隙計算結(jié)果整理如下表2所示。

在節(jié)線上的油膜厚度變化可知側(cè)隙和最小油膜厚度如下表2所示，向KISSsoft軟件中同時輸入表1中的齒輪基本參數(shù)，取表2中的各組側(cè)隙值計算，其節(jié)線上的油膜分布狀態(tài)如下各圖所示。

從上圖1中組1到組10的節(jié)線上油膜厚度的變化曲線可以看出，10組的油膜厚度除了整體上數(shù)值有所變化，其曲線形狀即變化趨勢基本一致，在同一側(cè)隙條件下基本上是嚙入部分最薄，然后厚度逐漸增加，中間油膜最厚，增至某一高點后就遞減，直至嚙出部分的油膜變薄，比嚙入部分稍厚。為了更直觀的體現(xiàn)側(cè)隙變化對油膜厚度變化的影響，綜合表2，整理最小側(cè)隙與最小油膜厚度的數(shù)值如表3所示。

根據(jù)表3的計算后的整理結(jié)果，數(shù)據(jù)處理后以最小端面?zhèn)认稙闄M坐標，最小油膜厚度為縱坐標，展示其兩者的關(guān)系如下圖2所示。

從圖2中可以看出，齒輪的最小油膜厚度不單純的隨著端面?zhèn)认兜脑黾佣黾?，或者減少而減少，而是在某些點出現(xiàn)拐點，該對齒輪在端面?zhèn)认?.055mm和0.26mm處出現(xiàn)兩個波峰，但是在0.055mm處出現(xiàn)的齒面最小油膜厚度比0.26mm處的最小油膜厚度要大上許多，因此，基于最小油膜厚度的考慮，0.055mm為該對齒輪最為合理的端面?zhèn)认丁?/p>

5 結(jié)論

本文通過研究齒輪側(cè)隙及齒面油膜厚度，以螺旋角為傳遞媒介，通過研究齒輪端面?zhèn)认逗妄X面最小油膜厚度的關(guān)系，運用KISSsoft軟件以實例計算并分析得知：

（1）齒輪整個節(jié)線上的油膜厚度分布狀態(tài)呈現(xiàn)嚙入嚙出部分比較薄，中間厚的趨勢，齒輪側(cè)隙的變化對齒輪節(jié)點上的油膜厚度分布狀態(tài)沒有影響。

（2）齒輪節(jié)點處的最小油膜厚度隨著端面?zhèn)认兜脑黾酉仍黾佣蠼档?，其厚度值在某一?cè)隙值時達到峰值，其峰值及其所對應(yīng)的端面?zhèn)认兜墨@取可通過建立方程式求極值的方法，為設(shè)計齒輪端面?zhèn)认短峁┝艘环N具體可行的辦法。

參考文獻：

[1]胡鵬，楊健，張義民.油膜厚度和變位系數(shù)對齒輪嚙合剛度的影響研究[J].機械設(shè)計與制造，2014（04）：11-14.

[2]張濤.行星齒輪傳動均載的研究[J].機械科學(xué)與技術(shù).2008，27（09）：1167-1170.

[3]莊玉娟.考慮粗糙表面特征等溫彈流漸開線直齒齒輪的數(shù)值分析[J].中國制造業(yè)信息化，2006，35（23）：88-96.

[4]王優(yōu)強，卞榮.連續(xù)波狀粗糙度對直齒輪熱彈流潤滑的影響[J].機械工程學(xué)報，2009，45（08）：112-118.

[5]孫健.齒輪在不同工作條件下的潤滑狀態(tài)[J].江蘇石油化工學(xué)院學(xué)報，2001，13（03）：47-49.

[6]樊戰(zhàn)亭，王成.基于最小油膜厚度的齒輪基本參數(shù)選擇[J].機械制造，2006，46（526）：36-38.

[7]黃靖龍，繆協(xié)興，羅善明等.齒輪壓力角對潤滑油膜厚度的影響[J].潤滑與密封，2006，5（177）：25-26.

[8]German Institute of Standardization.DIN 3967-1978[S].German：DIN，August 1978（01）.

[9]方世杰.齒輪傳動中的最小油膜厚度與潤滑[J].起重運輸機械，2002（05）：26-27.

[10]徐帆，陳奇，馬運波等.考慮潤滑因素的兩圓柱體接觸承載能力的分形模型研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017，40（02）：169-174.

[11]薛恒.齒輪傳動的主動摩擦學(xué)設(shè)計[D].太原：太原理工大學(xué)，2007.