基于热分析的低速重载齿轮传动冷却方法研究
减速器齿轮传动系统的稳态热分析及试验研究
２００２年 ２月
西 北 工 业 大 学 学 报
Ｊ ｕ ｎ ［ ｔＮｏ ｔ ｗｅ ｔｒ ｏｙ ｅｈ ｉａ ｎｖ ｒｉｙ ｏ ｒ ａ ｏ＂ ｒｈ ｓｅ ｎＰ ｉｔｃ ｎｃ ｌ ｉｅ ｓ Ｕ ｔ
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第２卷第１ ０ 期
作者简介 马
ｔ （９ ２ ， ｔ ｚ７ 一） 西北工业大学硕士， ｆ 现深圳康 佳精 密模具制造有限公司工程 师 ． 主要从事塑料模具 的研究
维普资讯
第 １期
马 旋 等 ： 速 器 齿 轮 传 动 系统 的 穗 态 热 分析 及 试 验 研 究 减
中， 表 示热源 ； ＠ Ｒ表示 热 阻 ， 下标 中的字母 ｃ和 Ｒ 分别表 示“ 传导 ” “ 流” 而下 标 中 的数 字 表 示 和 对 ，
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图 ２ 传动系统动力辖人部分 的热网络 图
图 ３ 传动系统动力辖出部分的热网络图
收稿 日期 ：００ １ — １ Ｚ０— １ ２
基金项 目｝ 国家 自然 科学 基 金 （９ ０ ｏ ３ 与航 空科 学 基 金 （７ ｊ 。 ９ 资 助 ５ ７５ ０ ） ９ｃ ３ ２ ）
汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析
编号：本科毕业论文论文题目：汽车齿轮常用材料热处理方法及性能分析系（院）：电子科学与工程系******学号：**********专业：汽车服务工程年级：0701指导教师：***职称：副教授完成日期：2011-5摘要本文通过分析采用传统热处理工艺的汽车齿轮容易出现的失效形式，对选取齿轮材料提出合理要求。
通过对常用齿轮材料的讨论，性能较好的20CrMo、20CrNi2Mo 和17CrNiMo6三种渗碳钢成为首选。
针对传统的热处理工艺中部分不符合技术发展要求的过程进行改进，其中对预备热处理中正火与等温退火的比较，证明等温退火工艺是合理的预备热处理方案。
同时在参考日本等国的高温渗碳技术、渗碳新技术及催渗技术的基础上，重点讨论了真空渗碳的优缺点及应用实例。
最后，给出了作者认为比较好的热处理工艺路线。
关键词：渗碳齿轮；热处理工艺；性能分析格式请严格按照新上传的模板修订，表格格式要求做成三线表（表4.3和4.4已经调好，其他能做成三线表的请做成三线表，个别表格做不成的按原格式），其余修改见文中标记。
改完后全文多通读几遍，不要再留下一些低级错误。
AbstractThis paper through analyzing the car with traditional heat treatment technology of the failure forms of gear is easy to appear in the selection of gear materials, put forward reasonable requirement. Through the discussion to commonly used gear material, performance is good 20CrMo, 20CrNi2Mo and 17CrNiMo6 three carburizing steels become preferred. In traditional heat treatment process part does not meet the technical requirements for the development process, including heat to prepare improvement of zhongzheng fire and the isothermal annealing, it is demonstrated that the isothermal annealing process is reasonable prepare heat treatment plan. In reference to Japan and other countries of the high temperature carburizing technology, carburizing new technologies and urge permeability technology foundation, mainly discussed the advantages and disadvantages of the vacuum carburizing.Keywords:carburized gear；Heat treatment process；Performance analysis目录1汽车齿轮及其失效形式 ------------------------------------------------------------------------------------------- 11.1齿轮作用简述 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 11.2齿轮的主要失效形式的讨论 --------------------------------------------------------------------------- 11.3齿轮应满足的性能要求 ---------------------------------------------------------------------------------- 21.4齿轮材料选取 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 21.4.1齿轮类零件的选材 -------------------------------------------------------------------------------- 21.4.2汽车齿轮选材应满足的条件及需要考虑的因素 -------------------------------------- 3 2齿轮渗碳钢简介------------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.1渗碳钢的分类 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 42.2合金渗碳钢淬透性的讨论------------------------------------------------------------------------------- 42.3合金渗碳钢应具有的性能及常用热处理工艺 -------------------------------------------------- 5 3国内汽车齿轮用钢现状 ------------------------------------------------------------------------------------------- 73.1通用齿轮用钢 ------------------------------------------------------------------------------------------------ 73.2商用车齿轮用钢--------------------------------------------------------------------------------------------- 73.3对轮齿材料的讨论 ----------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.1传统汽车用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 83.3.2优质齿轮用钢 --------------------------------------------------------------------------------------- 9 4汽车齿轮材料的热处理工艺分析--------------------------------------------------------------------------- 104.1传统的汽车齿轮热处理工艺 ------------------------------------------------------------------------- 104.2对预处理工艺的改进讨论----------------------------------------------------------------------------- 104.2.1预备热处理综述----------------------------------------------------------------------------------- 104.2.2对通用齿轮的改进讨论 ----------------------------------------------------------------------- 114.2.3重载齿轮改进讨论 ------------------------------------------------------------------------------ 124.3渗碳淬火工艺的改进------------------------------------------------------------------------------------- 154.3.1日本等国公司对传统渗碳工艺的改进--------------------------------------------------- 154.3.2部分新的渗碳技术简述 ------------------------------------------------------------------------ 164.3.3 BH催渗技术简介 --------------------------------------------------------------------------------- 174.3.4对真空渗碳工艺的讨论 ----------------------------------------------------------------------- 184.3.5真空高压气淬技术的发展-------------------------------------------------------------------- 21 5总结---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 221汽车齿轮及其失效形式1.1汽车齿轮作用简述汽车中的各种齿轮，主要用于传递动力和运动，并通过它们来改变发动机、曲轴和主轴齿轮的速比[1]。
汽车变速器齿轮强度的分析与评价
汽车变速器齿轮强度的分析与评价一、本文概述本文旨在深入分析与评价汽车变速器齿轮的强度特性。
汽车变速器作为汽车动力传动系统的重要组成部分，其性能直接影响到汽车的动力性、经济性和驾驶舒适性。
而齿轮作为变速器中的关键元件，其强度性能对于变速器的整体性能具有决定性的影响。
因此，对汽车变速器齿轮强度的分析与评价，对于提高汽车性能、保障行车安全以及推动汽车工业的持续发展具有重要意义。
本文将从齿轮材料的选择、齿轮的结构设计、制造工艺以及使用环境等多方面进行综合分析，探讨齿轮强度的主要影响因素。
结合现代强度分析理论和方法，建立汽车变速器齿轮强度的评价体系，为齿轮的优化设计和制造提供理论支持和实践指导。
本文还将对国内外相关研究成果进行综述，以期在总结前人经验的基础上，为齿轮强度的进一步研究提供参考和借鉴。
二、齿轮强度理论基础齿轮作为汽车变速器中的核心部件，其强度性能直接决定了变速器的使用寿命和性能稳定性。
因此，对齿轮强度的深入分析和评价显得尤为重要。
齿轮强度分析主要依赖于强度理论，其中最为基础和常用的是疲劳强度理论和接触强度理论。
疲劳强度理论主要研究齿轮在循环交变应力作用下的疲劳失效问题。
齿轮在传动过程中，齿面承受的是周期性的交变应力，当这种应力的幅值超过材料的疲劳极限时，齿轮就会产生疲劳裂纹，进而导致断裂。
因此，疲劳强度分析是齿轮强度分析的重要组成部分。
在实际分析中，通常使用名义应力法、局部应力应变法或损伤力学法等方法来评估齿轮的疲劳寿命。
接触强度理论则主要研究齿轮在啮合过程中的接触应力分布及其引起的齿面失效问题。
齿轮啮合时，齿面间的接触应力分布不均，如果最大接触应力超过齿面材料的许用接触应力，就会发生齿面点蚀、胶合等失效形式。
接触强度分析通常基于赫兹接触理论和弹塑性力学理论，通过计算齿面接触应力和接触变形来评估齿轮的接触强度。
除了上述两种基本强度理论外，齿轮强度分析还需要考虑齿轮的弯曲强度、剪切强度以及热强度等因素。
HT250机床齿轮的热处理工艺设计
攀枝花学院学生课程设计（论文）题目：HT250机床齿轮的热处理工艺设计学生姓名：学号：所在院(系)：材料工程学院专业：级材料成型及控制工程班级：材料成型及控制工程指导教师：职称：讲师2013年12月18日攀枝花学院教务处制攀枝花学院本科学生课程设计任务书注：任务书由指导教师填写。
课程设计（论文）指导教师成绩评定表摘要本课设计了HT250机床齿轮的热处理工艺设计。
主要的工艺过程包括粗车、精车、插齿、滚齿倒棱、清洗、渗碳淬火、磨内空端面、磨齿、清洗、强化喷丸、清洗等过程。
通过各种不同的工艺过程进行恰当的处理可以获得各种性能良好的材料并且满足各项性能的要求。
HT250强度、耐磨性、耐热性均较好，减震性良好，铸造性能较优，但需要进行人工时效处理提高其力学性能。
可用于要求强度和一定耐腐蚀能力壳、容器、塔器、法兰、填箱料本体及压盖、碳化塔、硝化塔等；还可以制作机床床身、立柱、气缸、齿轮以及需要经表面淬火的零件。
因其受热变形量较小，常用于高温场合。
机床齿轮是连续啮合传递运动和动力的机械元件。
其作用是能将一输出轴的转动传递给另一根轴可以实现减速、增速、变向和换向等作用，从而使机床能够按指定要求工作。
关键词：HT250 灰口铸铁；退火或正火工艺；中或高频淬火；力学性能目录摘要 (Ⅰ)1、设计任务 (3)1.1设计任务 (3)1.2设计的技术要求 (3)2、设计方案 (4)2.1 机床齿轮设计的分析 (4)2.1.1工作条件 (4)2.1.2失效形式 (4)2.1.3性能要求 (4)2.2钢种材料 (5)3、设计说明 (6)3.1加工工艺流程 (7)3.2具体热处理工艺 (8)3.2.1预备热处理工艺 (9)3.2.2渗碳工艺 (9)3.2.3淬火回火热处理工艺 (10)4、分析与讨论 (11)5、结束语 (12)6、热处理工艺卡片 (13)参考文献 (14)1 设计任务1.1设计任务HT250机床齿轮的热处理工艺设计1.2设计的技术要求HT250是一种灰铸铁材料，它的强度、耐磨性、耐热性铸造性能都是比较好的，它的含碳量低(在3.16-3.30%之间)所以，硬度不高。
风电齿轮箱的冷却系统设计与优化
风电齿轮箱的冷却系统设计与优化随着可再生能源的迅速发展，风力发电已经成为全球范围内广泛应用的一种清洁能源技术。
在风力发电系统中，风电齿轮箱扮演着关键的角色，负责将风力发电机的转速从低速转换为高速，以有效地驱动发电机。
然而，由于齿轮箱在工作过程中会产生大量热量，这可能导致齿轮损坏，从而降低风力发电的效率和可靠性。
因此，冷却系统的设计和优化对于提高风电齿轮箱的性能和寿命非常重要。
首先，冷却系统的设计应考虑到齿轮箱的热负荷分布和传热机理。
齿轮箱中的热负荷主要来自于齿轮啮合时的摩擦损耗和齿轮疲劳产生的热量。
因此，冷却系统应该能够在齿轮箱内部均匀地分布冷却介质，以最大限度地降低齿轮的表面温度。
此外，冷却系统还应考虑到齿轮箱内不同部位的传热机制差异，例如齿轮轴承、齿轮油封等部位可能需要采用不同的散热方式。
其次，冷却系统的优化可以通过改变冷却介质的流动方式和冷却结构的设计来实现。
一种常见的冷却方式是通过使用风扇将冷空气引入齿轮箱内部，以降低环境温度和齿轮的表面温度。
在设计过程中，应注意风扇的布置位置和数量，以确保冷空气能够均匀地覆盖齿轮的表面。
此外，专门设计冷却管道和散热器，将冷却介质引导到齿轮箱的关键部位，可以有效地降低齿轮的温度，并提高系统的冷却效率。
此外，可以考虑采用一些先进的材料和技术来改善风电齿轮箱的冷却效果。
例如，利用高热导率的材料制造齿轮箱的外壳和流道，可以提高传热效率。
同时，采用热管和热泵等热传导装置，可以进一步优化冷却介质的传热效果。
此外，使用智能传感器和控制系统，可以实现对冷却系统实时监测和控制，从而根据实际工作条件进行冷却效果的调整和优化。
在设计风电齿轮箱的冷却系统时，还需要考虑到系统的可靠性和经济性。
冷却系统的设计应该具有足够的冗余性和可维护性，以确保在系统故障或维修情况下，风力发电系统仍能正常运行。
此外，应进行成本效益分析，综合考虑冷却系统的设计和运行成本，以确保系统设计的经济可行性。
行星齿轮传动系统均载分析方法的研究
谢谢观看
二、均载性能的概念及其影响因 素
均载性能是指行星齿轮减速器在传递动力过程中，各个行星齿轮所承受的载荷 分布均匀，不出现局部过载或欠载的情况。均载性能的好坏直接影响到行星齿 轮减速器的使用寿命和整车的行驶安全性。
影响行星齿轮减速器均载性能的因素主要有以下几个方面：
1、电机输出扭矩的不均匀性：由于电机制造工艺、材料等因素的影响，电机 的输出扭矩往往存在一定的不均匀性。这种不均匀性会导致行星齿轮减速器中 各个行星齿轮所承受的载荷分布不均，从而影响均载性能。
二、多级行星齿轮传动均载研究
1、均载原理
在多级行星齿轮传动中，均载是一个重要的问题。均载是指各行星轮在啮合过 程中所承受的载荷分布均匀，以避免局部过载和破坏。为了实现均载，我们需 要对齿轮设计、材料选择、加工精度等方面进行优化。
2、仿真分析
我们通过仿真分析研究了不同因素对多级行星齿轮传动均载性能的影响。结果 表明，合理的齿轮设计、合适的材料选择以及精确的加工精度都可以提高系统 的均载性能。同时，我们还发现，在某些情况下，通过调整行星轮的分布位置 和数量也可以实现均载。
行星齿轮传动系统均载分析方 法的研究
目录
01 引言
03 研究目的与方法
02 文献综述 04 参考内容
引言
行星齿轮传动系统是一种广泛应用的机械传动系统，具有高效率、高负载能力 等优点。然而，其复杂的动态特性使得均载分析变得尤为重要。均载分析的目 的是为了保证行星齿轮传动系统在各种工况下能够平稳、低噪音地运行，并降 低齿轮的磨损和疲劳破坏风险。因此，本次演示旨在探讨行星齿轮传动系统均 载分析方法的研究，以期为提高行星齿轮传动系统的性能和可靠性提供理论支 持。
一、轮毂电机与行星齿轮减速器 的结构与工作原理
24个齿轮传动设计方案
热处理
对粗加工后的齿轮进行热处理，以改善材料的力学 性能和硬度。
精加工
对热处理后的齿轮进行精加工，包括精铣、精车 、精磨等，以获得精确的形状和尺寸。
检验
对加工完成的齿轮进行检验，包括几何尺寸、表面粗糙 度、硬度等方面的检验。
加工设备与工具介绍
01
02
03
04
切削机床
用于齿轮粗加工的切削机床包 括铣床、车床、钻床等。
斜齿轮
总结词
斜齿轮具有重合度高、传动平稳、承载能力强等优点，但会 产生轴向力。
详细描述
斜齿轮的齿廓为螺旋线，轮齿为倾斜的齿面，轮齿的齿顶和 齿根分别与齿槽的齿顶和齿根相对应。斜齿轮适用于中低速 、重载、高精度等场合，如减速器、变速器、螺旋输送机等 机械中。
锥齿轮
总结词
锥齿轮具有可以实现大角度传动、结构紧凑、承载能力强等优点，但需要精确的 加工和安装。
设计要点
设计斜齿圆柱齿轮时，需要考虑模数、齿数、压 力角、螺旋角等参数。
锥齿轮传动系统设计
锥齿轮
锥齿轮具有轴向平行和垂直于轴线的两个齿面，可以改变传动方 向。
适用范围
锥齿轮适用于需要改变传动方向或进行空间传动的场合。
设计要点
设计锥齿轮时，需要考虑模数、齿数、压力角、螺旋角等参数，同 时还需要考虑安装方式和润滑方式。
总结词
高效、高可靠性、抗疲劳寿命长
详细描述
高速重载齿轮传动设计通常采用硬齿面齿轮，选用优质材料和先进的热处理技术，确保齿轮具有较高的强度和耐 磨性，同时注重齿轮的精度和平衡性，以减少振动和噪音，提高齿轮的抗疲劳寿命。在设计过程中，还需考虑润 滑和冷却系统的优化，以确保齿轮在高速重载工况下的稳定运行。
设计案例四：高精度齿轮传动设计
齿轮传动轴的轴向力矩分析与优化
齿轮传动轴的轴向力矩分析与优化引言：齿轮传动是一种常用的机械传动方式，广泛应用于各个领域。
在齿轮传动系统中，齿轮传动轴是承受着扭矩载荷的重要部件之一。
因此，对齿轮传动轴的轴向力矩进行准确分析和优化，对于提高传动效率、延长传动寿命具有重要意义。
本文将对齿轮传动轴的轴向力矩进行详细分析，并提出相应的优化策略。
一、齿轮传动轴的轴向力矩分析1. 齿轮传动轴的基本原理齿轮传动轴是齿轮传动系统中负责传递扭矩的主要组成部分，其主要作用是承受齿轮的轴向力矩和径向力矩。
轴向力矩是齿轮传动中产生的轴向力矩，在传动过程中，会对齿轮传动轴产生一定的影响。
2. 轴向力矩的来源轴向力矩是由齿轮之间的啮合力引起的，其大小与齿轮的模数、齿数、啮合角以及传动功率等因素相关。
在齿轮传动系统中，当传动功率越大、啮合角越小或者模数越大时，轴向力矩也越大。
3. 轴向力矩的计算方法轴向力矩的计算方法主要有理论计算和试验测量两种途径。
理论计算通常基于齿轮啮合力的计算公式，考虑到齿轮啮合时的接触应力、啮合刚度等因素，通过对齿轮之间的力平衡方程进行求解，可以得到轴向力矩的近似值。
试验测量则是通过在齿轮传动轴上安装力传感器，通过实验方法直接测量轴向力矩的大小。
二、齿轮传动轴轴向力矩的优化1. 引入优化的背景和意义齿轮传动轴轴向力矩的优化是为了降低传动过程中的能量损失和齿轮传动轴的磨损，进而提高传动效率和延长传动寿命。
优化轴向力矩的分布可以减小齿轮传动轴上的应力集中，降低裂纹和疲劳的产生，从而改善齿轮传动轴的工作性能。
2. 优化策略与方法（1）设计合理的齿轮传动轴几何形状：通过合理设计齿轮传动轴的直径变化、圆角半径、轴向长度等几何参数，可以减小轴向力矩的分布不均匀性，提高轴向力矩传递的平稳性。
（2）材料选用与热处理：选择合适的材料和热处理工艺可以提高齿轮传动轴的强度、硬度和耐磨性，减小轴向力矩对齿轮传动轴的影响。
（3）润滑与冷却系统优化：优化润滑与冷却系统可以有效降低齿轮传动轴的摩擦和磨损，减小轴向力矩。
【精品毕设】机械类-毕业设计-齿轮
1、研究的意义，同类研究工作国内外现状、存在问题(列出主要参考文献)
研究意义：
齿轮传动是机械中最常用的传动形式之一，广泛应用于机械、电子、纺织、冶金、采矿、汽车、航空、航天及船舶等领域。
随着科学技术的飞速发展，机械工业也发生着日新月异的变化，特别是近几十年来机电一体化产品的广泛应用，使得人们对齿轮的动态性能提出了更高的要求。
非线性动力学、振动、噪声及其控制己成为当前国际利技界研究得非常活跃的前沿课题之一。
在此同时，传统的静态设计方法也逐渐不能适应设计和运行的要求，而新兴的动态设计方法越来越被认同和采用。
在日常生活及工程应用中，人们广泛使用着各种各样的机器设备。
机械在工作过程中产生的振动，恶化了设备的动态性
能，影响了设备的原有精度、生产效率和使用寿命，同时，机械振动所产生的噪声，又使环境受到了严。
齿轮传动轴的设计研究及优化
齿轮传动轴的设计研究及优化引言齿轮传动是一种常用的机械传动方式，它通过齿轮间的啮合来传递动力与运动。
在齿轮传动系统中，齿轮传动轴的设计是至关重要的，它直接影响到齿轮传动的性能与可靠性。
本文将对齿轮传动轴的设计与优化进行研究，以期提供指导工程师们在实际应用中的设计方案选择。
一、齿轮传动轴的设计要求1. 强度要求：齿轮传动轴需要具备足够的强度和刚度，能够承受传递的动力，避免发生变形和破坏。
2. 刚性要求：齿轮传动轴需要具备足够的刚性和稳定性，以减小传动中的振动和变形，保证传动的精度和平稳性。
3. 轻量化要求：在保证强度和刚性的前提下，齿轮传动轴需要尽可能轻量化，减小整个系统的重量，提高效率。
二、齿轮传动轴的设计与优化方法1. 材料选择：齿轮传动轴通常采用高强度合金钢或工程塑料等材料。
选择合适的材料可以保证齿轮传动轴的强度和耐久性。
2. 综合考虑载荷：在设计齿轮传动轴时，需要综合考虑传递的动力和转矩，确定轴的直径和长度。
一般而言，轴的直径应根据刚度和强度的要求选择，而轴的长度则需要根据间隔齿轮的位置、支撑方式和振动要求等因素进行综合考虑。
3. 强度计算：为确保齿轮传动轴的强度，需要进行强度计算。
常用的计算方法有静强度计算和疲劳强度计算。
静强度计算可以通过应力分析、应力集中系数计算等方法来进行，而疲劳强度计算则需要考虑到工作循环次数、载荷和材料疲劳曲线等因素。
4. 刚度计算：为满足齿轮传动的精度和平稳性要求，需要进行刚度计算。
刚度计算可以根据轴的材料性质、几何形状和支撑方式等参数来进行，其中刚度主要包括轴的弯曲刚度和扭转刚度两个方面。
5. 轴表面处理：为减小齿轮传动轴的表面粗糙度和摩擦损失，常进行表面处理。
常见的表面处理方法有渗碳硬化、氮化处理、磨削和抛光等。
通过表面处理可以改善轴的表面硬度和润滑性能，提高齿轮传动轴的使用寿命和效率。
三、齿轮传动轴的优化方法1. 材料优化：在材料选择上，可以考虑使用先进的材料，如高强度钢材、复合材料等。
基于阶次分析和齿轮重合度优化的分析与应用
基于阶次分析和齿轮重合度优化的分析与应用【摘要】本文以基于阶次分析和齿轮重合度优化为主题，首先介绍了研究背景、意义和目的。
接着从基于阶次分析的理论基础和齿轮重合度的优化方法入手，详细阐述了这两方面的原理和方法。
然后通过应用案例分析和实验验证，展示了基于阶次分析和齿轮重合度优化的效果以及实际应用的价值。
最后探讨了未来的发展方向，总结了研究成果和创新性，展望了未来的研究方向。
通过此研究，我们能更深入地理解阶次分析和齿轮重合度优化在工程领域的应用，为未来的研究和实践提供了重要的参考。
【关键词】阶次分析、齿轮重合度、优化方法、应用案例、实验验证、发展方向、研究总结、创新性成果、未来展望1. 引言1.1 研究背景齿轮是机械传动系统中常见的零部件，广泛应用于各种机械设备中。
齿轮传动系统的性能直接影响到机械设备的运行稳定性和效率。
在实际应用中，齿轮传动系统往往会受到各种外界因素的影响，导致齿轮的运行不稳定或产生噪音。
如何有效地分析和优化齿轮传动系统的性能成为一个重要课题。
阶次分析是一种常用的分析方法，可以帮助工程师深入了解齿轮传动系统中不同频率成分的特性，从而找出引起齿轮运行不稳定的原因。
优化齿轮的重合度也是提高齿轮传动系统性能的关键。
通过合理调整齿轮的重合度，可以降低噪音和振动，提高传动效率，延长齿轮的使用寿命。
在这样的背景下，本文致力于基于阶次分析和齿轮重合度优化的分析与应用研究，旨在提高齿轮传动系统的稳定性和效率，为机械设备的设计和应用提供技术支持。
通过本文的研究，有望为工程师提供更多关于齿轮传动系统优化的参考和方法。
1.2 研究意义齿轮传动是机械传动中常见的形式，而齿轮的设计和优化对于机械系统的性能至关重要。
在齿轮传动中，齿轮的运动精度和稳定性直接影响到整个机械系统的工作效率和寿命。
对于齿轮传动中的阶次分析和齿轮重合度优化的研究具有重要的意义。
通过对阶次分析和齿轮重合度优化的研究，可以提高齿轮传动系统的工作效率和稳定性，降低系统的能耗和噪音，从而推动机械传动领域的发展。
齿轮传动轴的摩擦功与热损耗分析与优化
齿轮传动轴的摩擦功与热损耗分析与优化引言：齿轮传动是一种常见的机械传动方式，广泛应用于各种工业领域。
然而，在齿轮传动中，摩擦功和热损耗是无法避免的现象。
本文将分析齿轮传动轴的摩擦功和热损耗的影响因素，并提出优化方法，以降低这些不可避免的能量损耗。
1. 摩擦功的分析与计算齿轮传动中的摩擦功是指齿轮与传动轴之间的摩擦所消耗的能量。
摩擦功的大小与多种因素有关。
首先是齿轮系统的设计参数，包括齿轮的模数、齿数、压力角等。
这些参数直接影响轴承表面的接触面积和压力分布，从而对摩擦功产生影响。
其次是润滑状态，包括润滑油的类型、粘度、温度等。
较低的摩擦系数和适当的润滑能够有效降低摩擦功的大小。
为了计算齿轮传动轴的摩擦功，可以采用以下公式：摩擦功 = 齿轮外圈周长 ×摩擦力摩擦力 = 齿轮压力 x 摩擦系数2. 热损耗的分析与计算齿轮传动轴的热损耗指的是摩擦功转化为热能的过程。
热损耗的大小与摩擦功成正比。
当摩擦功较大时，热损耗也相应增加。
热损耗对传动轴的温度升高有直接影响，并可能引起润滑油的变质。
因此，降低热损耗，不仅可以提高齿轮传动的效率，还可延长传动轴和齿轮的使用寿命。
热损耗的计算可以采用以下公式：热损耗 = 摩擦功 ×摩擦系数 ×传动时间3. 优化方法为了降低齿轮传动轴的摩擦功和热损耗，以下是一些可行的优化方法：3.1 优化齿轮设计参数：通过优化齿轮的模数、齿数、压力角等设计参数，可以改变齿轮系统的接触面积和压力分布，从而减小摩擦力和摩擦功。
此外，采用高精度的加工工艺，可以提高齿轮的精度和表面质量，减少接触失配和表面粗糙度对摩擦功的影响。
3.2 改善润滑状态：选择适当的润滑油以及合适的粘度和温度，可以有效减小摩擦系数，从而降低摩擦力和摩擦功。
此外，还应定期检查润滑油的污染程度，及时更换和维护润滑系统。
3.3 提高传动效率：在齿轮传动中，传动效率是一个重要的指标。
通过改善齿轮系统的设计、加工和润滑等方面，可以提高传动效率，减小能量损耗。
机械动力系统的能量损耗分析与降低方法研究
机械动力系统的能量损耗分析与降低方法研究引言机械动力系统在各个领域中都扮演着重要的角色，它们通过传递动力和能量，实现了许多工业和生活中的关键任务。
然而，由于摩擦、冲击、振动等因素的存在，机械动力系统在能量传递过程中常常会发生能量损耗。
降低能量损耗不仅能提高系统的效率，还能延长机械设备的使用寿命。
因此，针对机械动力系统能量损耗问题进行分析与降低方法研究具有重要意义。
能量损耗分析机械动力系统中的能量损耗主要来自于以下几个方面：摩擦损耗、载荷损耗、振动损耗和传动损耗。
首先，摩擦损耗是机械系统中最常见的能量损耗方式之一。
摩擦不仅会产生热量，还会导致能量的转化。
例如，在滚动轴承中，摩擦会导致能量损耗，并产生摩擦热。
此外，由于摩擦力的存在，机械部件的磨损也会造成能量损耗。
其次，载荷损耗是机械动力系统中常见但被忽视的能量损耗形式。
当机械设备在没有外部载荷的情况下运行时，载荷损耗仍然存在。
这是因为在机械设备的运行过程中，曲轴、凸轮等部件由于自身重量而产生惯性力，导致能量的消耗。
再次，振动损耗是机械动力系统中一种较为复杂的能量损耗形式。
当机械设备运行时，由于不平衡、松动等因素，会产生振动，从而导致能量传递过程中的能量消耗。
尤其是在高速旋转的机械系统中，振动损耗的影响更加显著。
传动损耗是指机械动力系统中能量损耗的一种共性。
无论是齿轮传动、链传动还是带传动，都会因为传动效率不高而导致能量损耗。
能量损耗降低方法研究针对上述能量损耗问题，研究人员提出了一系列的降低能量损耗的方法。
首先，为了降低摩擦损耗，需要采取有效的润滑措施，并选择合适的润滑材料。
润滑油的使用可以减小机械部件间的摩擦损耗，提高传动效率。
此外，采用表面处理技术，如涂层和热处理，也可以减小摩擦损耗。
其次，为了降低载荷损耗，需要优化机械系统的结构设计。
通过合理设计机械部件的重量和尺寸，可以减少由载荷产生的惯性力，从而降低载荷损耗。
再次，为了降低振动损耗，需要提高机械设备的稳定性和动平衡性。
减速器用冷却系统优化设计及应用研究
减速器用冷却系统优化设计及应用研究在工业生产中，减速器是一种常用的设备，用于降低动力传输速度，并提供更高扭矩输出。
然而，由于高速运转会产生大量热量，减速器往往需要冷却系统来确保其正常运行。
本文将探讨减速器用冷却系统的优化设计和应用研究。
一、减速器冷却系统的重要性减速器在运转过程中会因为摩擦和动力传输而产生大量热量。
如果不加以控制，过高的温度会导致减速器零件变形、润滑油变质，甚至引发故障。
因此，减速器冷却系统的设计和应用对于保证设备稳定运行至关重要。
二、减速器冷却系统的优化设计为了提高减速器冷却系统的效果，可以从以下几个方面进行优化设计：1. 冷却介质的选择：合适的冷却介质能够高效地吸收和排出减速器产生的热量。
一般常用的冷却介质包括水、空气和油等。
根据实际情况，选择最合适的冷却介质可以提高冷却效果。
2. 冷却系统的结构设计：冷却系统的结构设计对于冷却效果的改善至关重要。
可以通过增加冷却器的面积、调整冷却器的位置以及优化冷却器的工作原理等方式，提高冷却系统的效率。
3. 温度监控与控制：对减速器的温度进行实时监控，并通过反馈控制系统，及时调整冷却介质的流量和温度，从而保持减速器的温度在合理范围内。
三、减速器冷却系统的应用研究减速器冷却系统在各个工业领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用范例：1. 发电厂：大型发电厂中，减速器常用于发电机组的传动系统中，冷却系统的设计对于保证发电机组的稳定运行非常重要。
通过优化冷却系统的设计，可以提高发电机组的效率和可靠性。
2. 矿山设备：矿山中的减速器常常工作在恶劣的环境条件下，冷却系统的应用能够有效降低减速器的温度，延长设备的使用寿命。
3. 声学设备：音响设备中的减速器运转时会产生大量的热量，如果不及时散热，会影响设备的音质以及寿命。
冷却系统的应用可以提供稳定的工作温度，保证音响设备的正常运行。
四、总结减速器冷却系统的优化设计和应用研究对于保证减速器的正常运行至关重要。
齿轮的载荷系数
02
03
利用数学统计方法和图表 分析手段，分析载荷系数 与各种因素之间的关系。
比较不同实验条件下的载 荷系数变化，找出影响载 荷系数的主要因素。
04
对实验结果进行误差分 析和不确定性评估，提 高数据可靠性。
结论与展望
总结实验研究成果，阐述载荷系数的变化规律和影响因 素。
展望未来齿轮载荷系数研究的发展方向和应用前景。
案例三
某型号齿轮的接触强度不足，导致齿面点蚀严重。通过增大载荷系数、优化几何参数和采用合适的热处理工 艺后，齿轮的接触强度得到提高，延长了使用寿命。
04 载荷系数与齿轮寿命关系
齿轮疲劳寿命概念
齿轮疲劳寿命是指齿轮在循环载荷作 用下，从开始使用到出现疲劳破坏所 经历的时间或循环次数。
疲劳破坏通常发生在齿轮的齿根部位， 表现为裂纹的萌生和扩展，最终导致 齿轮断裂或点蚀失效。
动态载荷分析
通过对齿轮传动系统进行 动力学建模，分析齿轮在 动态载荷作用下的响应， 得到动载荷系数。
振动与冲击考虑
在计算动载荷系数时，需 要考虑齿轮传动过程中产 生的振动和冲击对载荷的 影响。
阻尼与刚度影响
齿轮传动系统的阻尼和刚 度特性对动载荷系数也有 显著影响，需要在计算中 予以考虑。
有限元法应用
斜齿轮载荷系数特点
同时受径向和轴向载荷作用，载荷系数需同时 考虑两个方向力影响；
载荷分布不均匀，轮齿接触线为斜线，因此载 荷系数相对较高；
适用于高速、重载场合，需要选择较高的载荷 系数以保证安全性。
锥齿轮载荷系数特点
受径向、轴向和周向载荷作用，载荷系数需全面考虑 三个方向力影响；
载荷分布极不均匀，轮齿接触线为曲线，载荷系数较 高；
适用于相交轴传动，需选择较高的载荷系数并关注轮 齿的弯曲和接触强度。
一种18cr2ni4wa齿轮热处理工艺
一种18cr2ni4wa齿轮热处理工艺
一种18Cr2Ni4Wa齿轮热处理工艺是指在一定的加热、保温、冷却条件下对
18Cr2Ni4Wa齿轮进行热处理处理的工艺。
18Cr2Ni4Wa钢是一种高强度、高韧性
的合金结构钢，广泛用于制造齿轮等机械零件。
齿轮是机械传动中常用的零件之一，因此对齿轮的质量要求较高。
热处理是一种常用的提高齿轮质量的方法之一，其目的是通过改变齿轮材料的组织结构和性能，使其具有所需的力学性能和耐磨性。
18Cr2Ni4Wa齿轮热处理工艺分为加热、保温和冷却三个阶段。
加热阶段是将
齿轮加热到一定温度，使其组织发生相应的变化。
保温阶段是将齿轮在一定温度
下保持一定时间，以使其组织进一步发生变化。
冷却阶段是将齿轮冷却到室温以下，以固定其组织结构和性能。
具体的18Cr2Ni4Wa齿轮热处理工艺包括以下步骤：首先，将齿轮放入炉内进
行加热，加热温度一般在850℃左右，保温时间一般为1小时左右。
然后，将齿轮从炉内取出，放入油中进行淬火，淬火温度一般在820℃左右，淬火时间为30分
钟左右。
最后，将齿轮进行回火处理，回火温度一般在220℃左右，回火时间为2
小时左右。
18Cr2Ni4Wa齿轮热处理工艺的优点在于能够提高齿轮的强度、硬度和耐磨性，从而使其更加适合各种工作环境下的使用。
同时，该工艺具有操作简单、成本低
廉等优点，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析
基于Elrod算法的线接触乏油热弹流润滑分析武丹丹;刘晓玲;龙涛【摘要】为研究中低速、中等载荷工况下不同供油条件对接触区润滑特性的影响,假设润滑剂分别为Newton流体和Ree-Eyring流体,建立考虑供油条件的线接触热弹流润滑模型.采用Elrod算法,将入口供油量作为输入参数,求解接触区油膜压力、膜厚和油膜温度的完全数值解.结果表明:随着入口供油量的降低,接触区入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动;相同供油条件下,随着速度和载荷的增大,入口气液界面位置逐渐向Hertz接触区移动,乏油程度增加;随着供油量的增加,中心膜厚和最小膜厚也相应增加,且中心膜厚更易受供油量的影响;在乏油润滑条件下,Newton流体计算得到的油膜温度明显高于Ree-Eyring流体;随供油量的增加,Ree-Eyring流体的油膜最高温度增加,而Newton流体的油膜最高温度有先降低后增加的趋势;对于给定的工况,当入口等效供油膜厚接近该种工况下接触区处于充分供油状态下的最小膜厚时,接触区内的最高温升是相对最小的.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2018(043)010【总页数】8页(P51-57,67)【关键词】弹流润滑;牛顿流体;非牛顿流体;供油量【作者】武丹丹;刘晓玲;龙涛【作者单位】青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520;青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520;青岛理工大学机械工程学院山东青岛266520【正文语种】中文【中图分类】TH117.2高速、重载、脂润滑状态下的轴承或其他传动件普遍工作在乏油润滑状态。
当入口供油量不足时，润滑剂不能充分地填满整个接触间隙，导致接触区油膜厚度降低。
当油膜不能将两相互作用表面完全隔开时，两表面的粗糙峰相接触，使接触区温度升高，摩擦力增大，严重时造成润滑失效。
对乏油润滑的研究主要分为理论和实验两部分。
实验研究方面，WEDEVEN等[1]和CHIU[2]最早使用光干涉试验法观察了供油条件对成膜性能的影响。
减速机发热功率分析及冷却方式选择
减速机发热功率分析及冷却方式选择摘要：减速机热功率是影响减速机正常运行的关键因素，热功率值小于轴功率时，会造成润滑油温度升高，影响油膜的形成，从而加速减速机轴承、齿轮、油封等关键部件的损坏。
关键词：减速机；热功率；冷却减速机在正常运行时，由于效率的损失，会造成一部分输入功率转化成热能，使得减速机内部温度升高，如果问过过高会造成内部件的损坏。
因此在减速机前期选型和校核中必须要满足热功率要求。
热功率PT连续传动时不超过计算油温+90°C时的实际功率，PTH 是额定热功率，PTH = f 1×f2×f3，f 1=海拔系数，见表1，f2=1.07—对安装力矩臂的减速器；f2=1.0—对地脚安装减速器。
f3=1.10—压力润滑，f4=1.0—飞溅和浸油润滑。
1.影响减速器热功率因素主要是减速器的散热面积，导热系数及效率。
下面将从设计，润滑，制造及散热装置等几方面来分析提高热功率的措施。
1.1设计方面的分析齿轮的结构参数如模数，分度圆直径，齿宽，变位系数等，传动比，轴承的结构形式以及齿轮的润滑状态均对减速器的效率有一定影响。
因此，在设计减速器时，为提高其效率，应综合考虑影响传动效率的各因素，针对不同类型的减速器，采取相应的技术措施。
1.1.1高速轻载减速器的设计减速器在高速轻载情况下的功率损失主要是空载损失，可采取下列措施以减少损失改善轴承支承条件，选用小直径系列的轻型轴承，而且轴承采用稀油润滑。
尽量减少齿轮齿宽和节圆直径，以降低节线速度。
采用粘度较小的润滑油，以减少搅油损失。
在保证润滑充分的条件下，减少齿轮箱的供油量，以减少润滑油加速的功率损失。
1.1.2重载减速器的设计低速重载减速器的功率损失主要是滑动摩擦损失高速重载减速器各部分损失都占有一定的比例，可采取下列措施以减少损失尽可能采用齿宽较小，直径较大的齿轮，以改善润滑条件并减少搅油损失。
在弯曲强度允许的条件下，选用较小模数的齿轮以减少齿轮接触线长度，从而减少滑动摩擦损失。
超大模数变位齿轮-齿条传动瞬态热弹流润滑
超大模数变位齿轮-齿条传动瞬态热弹流润滑作者：郑明周长江刘忠明来源：《湖南大学学报·自然科学版》2021年第10期摘要：针对三峡升船机超大模数变位齿轮-齿条传动润滑设计缺失与过早磨损，开展低速重载使役状态下传动系统的润滑特性研究. 构建变位齿轮-齿条传动系统瞬态热弹流润滑计算模型，利用多重网格法与FFT方法求解各啮合点处的润滑特性参数. 分析启动至正常运行阶段的转速和载荷、变位系数、模数、压力角、材料配副和油膜黏度，对油膜压力、膜厚、齿面摩擦力与摩擦系数的影响. 研究结果发现，齿条啮入瞬间的成膜条件差，滑移速度与摩擦力较大，易使齿条顶部发生磨损;齿轮副硬材料表面的润滑性能较差;适当增大变位系数、模数、压力角和黏度可改善润滑性能.关键词：三峡升船机;变位齿轮-齿条;超大模数;热弹流润滑;润滑特性参数中图分类号：TQ174 文献标志码：ATransient Thermal Elastohydrodynamic Lubrication forSuper-modulus Modified Gear-rack DriveZHENG Ming ZHOU Changjiang LIU Zhongming（1. State Key Laboratory of Advanced Design and Manufacturing for Vehicle Body，Hunan University，Changsha 410082，China;2. Zhengzhou Machinery Research Institute Co LTD，Zhengzhou 450008，China）Abstract：Aiming at design loss and premature tooth wear on lubrication of the modified super-large modulus gear-rack in Three Gorges ship lift，the lubrication characteristics of the drive system was investigated under low-speed and overload. A transient thermal-elastohydrodynamic lubrication （TEHL） model was developed for the gear-rack drive system. The transient TEHL model under variable velocity among the line of action is solved by multi-grid method and FFT method. Then，the influence of speed and load， modification coefficient，modulus and pressure angle on the contact pressure，film thickness and tooth surface friction， modification coefficient，modulus and pressure angle during the process from start to normal operation is investigated. The results show that the film thickness becomes thinner and the friction force is larger during the gear engagement stage，which causes the rack top easy to wear. It is found that the harder the surface material，the worse the lubrication performance. When the modification coefficient，modulus，pressure angle and viscosity are increased，the lubricating property can be improved.Key words：Three Gorges ship lift;modified gear-rack;super-large modulus;thermal-elastohydrodynamic lubrication;lubricating property parameters三峽升船机作为规模最大和技术难度最高的升船机[1]，由4组超大模数的开式齿轮-齿条机构驱动. 齿条设计寿命为35年，总载荷循环周次可达4.22 × 105次，抬升重量达3000 t级，加工精度高，更换困难，是升船机的关键部件. 升船机机组低速重载传动易引起齿轮-齿条啮合润滑不良，致使齿面出现磨损与胶合. 德国Wollhofen调研报告显示，开式齿轮传动损坏18.2%因润滑不良发生严重磨损或胶合而失效[2]. 因此，有必要对升船机齿轮-齿条传动的润滑状态进行研究，并通过参数分析优化润滑性能.根据Stribeck曲线齿轮润滑状态可分为全膜润滑、混合润滑、边界润滑三种[3]. 基于Reynolds方程和线接触动压润滑理论，Martin[4]对直齿轮齿面的润滑状态进行研究，引入刚体与等黏度假设得出重载下的膜厚过薄. Grubin[5]引入表面弹性变形与变黏度流体，结合Hertz接触模型提出弹流润滑理论（EHL），得到较为准确的线接触平均膜厚经验公式. 润滑方程的复杂性与非线性使得求解难度极大，Dowson等[6]基于逆解法求出线接触润滑模型的完全数值解. 随着摩擦学理论与试验方法的快速发展，数值求解的效率与稳定性已不能满足应用，直接迭代法将表面弹性变形方程、膜厚方程、黏度与密度方程和Reynolds方程联立求解，进行循环迭代，最终收敛到数值解. 对于高速重载等严苛工况，其求解稳定性与效率不佳，Lubrecht[7]将多重网格法引入润滑方程的求解，极大地提高了求解效率与收敛稳定性.上述求解基于等温与牛顿流体假设，与润滑油的实际承载情况差别较大. 杨沛然等[8]导出润滑力学中关于非牛顿流体介质的普遍Reynolds方程，通过定义广义牛顿黏度，适用于多种流变模型. 现代弹流润滑模型求解中，考虑非牛顿、热效应与时变性的影响，对于求解真实表面下混合润滑参数的难度愈来愈大. Hu等[9]提出统一Reynolds方程求解混合润滑模型，Liu等[10]和王文中等[11]分别采用DC-FFT方法求解润滑表面的弹性变形，极大地提高了膜厚方程求解效率. 王优强等[12]考虑瞬态效应与热效应，分析直齿轮线接触下的瞬态热弹流润滑性能，讨论轮齿间油膜的厚度、压力与温度场的变化规律. 王文中等[13]对渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑进行分析，发现等主动轮齿根附近和节点位置润滑状态较差. 徐彩红[14]采用等温下的时变弹流润滑模型研究载荷突变对齿轮-齿条传动中的润滑性能影响，发现啮入点为危险点;袁玉鹏等[15]利用油膜厚度准则研究低速重载、频繁换向下的开式齿轮-齿条润滑状态.综上所述，弹流润滑机理的研究日益成熟，但超大模数变位齿轮-齿条啮合传动中的润滑状态及其失效预测仍有待完善. 作为超大模数齿轮-齿条传动机构，其模数62.667 mm，齿宽810 mm，单节长4705 mm，采用分节式設计安装，材料为18CrNiMo7-6，齿面加工处理为5级精度，齿轮-齿条采用正变位传动（x = 0.5）. 针对三峡升船机齿条性能评定试验装置启动至正常运行阶段的转速和载荷等10种工况参数，分别讨论变位系数、模数与压力角等几何参数，材料配副、油膜黏度等材料参数对油膜厚度、接触圧力及摩擦系数的影响，基于膜厚比与Stribeck曲线判定油膜润滑状态.1 变位齿轮-齿条润滑模型正变位齿轮可提高齿根抗弯强度，增大齿面接触强度和提高齿面耐磨损能力. 研究变位齿轮的润滑性能，以便合理设计润滑方式及优选润滑参数及性能评估. 对于变位齿轮，正变位时，齿廓变厚，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变大;负变位时，齿廓变薄，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变小，如图1（a）所示. 齿条齿形保持不变，对应于不同变位齿轮相啮合的齿条，其齿廓的厚薄不同. 升船机齿轮-齿条传动机构相比齿轮传动，其变位工况下的啮合角大小恒为压力角α，其啮合原理见图1（b）. 实际啮合线长B1B2位于理论啮合线上，且啮合点沿oz轴方向移动;由齿轮的齿根与齿条的齿顶先啮入（B1点），直至齿轮的齿顶与齿条齿根处啮出（B2点）.2 热弹流润滑控制方程2.1 通用Reynolds方程2.2 油膜厚度方程2.3 润滑油黏度方程2.4 润滑油密度方程2.5 载荷平衡方程2.6 温度场方程3 计算流程与参数3.1 润滑参数计算流程3.2 材料与工况参数4 结果分析与讨论4.1 载荷与转速影响当第10时刻转速达到额定转速时，即工况为表1中的组11，其油膜压力沿啮合线的变化和各特征点中心膜厚的分布见图7. 其中A为啮入点，B为节点，C为HPSTC点，D为LPSTC 点，E为啮出点. 油膜压力变化趋势可由齿面载荷谱和Hertz接触半宽b简单分析. 由于齿条的曲率半径恒定，齿轮-齿条啮合过程中综合曲率半径R较齿轮-齿条啮合时增加更快，使得相同载荷谱下的接触半宽b较大，进而影响油膜承载区域内润滑参数的变化，b和R的变化趋势见图8. 由此可见，啮合过程中膜厚分布均出现颈缩现象，且膜厚由啮入至啮出逐渐增加，与直齿轮瞬态热弹流润滑[12]不同点是A到B过程中油膜压力逐渐降低，且C到D至E的过程中油膜压力降低的趋势更明显，这与接触半宽b的变化相一致.4.2 几何参数影响变位系数会改变齿轮-齿条传动中重合度大小，轮齿正变位会缩短啮合线长度，进而改变载荷沿啮合线的分布，对啮合传动的润滑性能产生影响. 图9（a）和（b）所示，随着变位系数增加，齿条顶部会较晚进入啮合，各特征点的油膜压力均有所降低，对应的中心膜厚逐渐增大，进而提高轮齿承载能力. 随着变位系数增加，齿面摩擦力的变化趋于缓和，啮入阶段摩擦力显著降低，这将有效减弱切向啮入冲击，节点至变位后的单齿啮合区摩擦力反向增大，啮出阶段的摩擦力则变化不大. 从图9（c）和（d）发现，增大变位系数可相对降低啮入时刻和单双齿交替啮合时刻的切向冲击.降低，且单双齿交替啮合处的压力突变减小，中心膜厚显著增加，齿面摩擦力与摩擦系数变化趋于缓和，可有效减弱轮齿啮合过程中的法向与切向冲击. 故增大模数可有效提高轮齿的承载能力，并改善润滑相关参数的分布.对于部分重载齿轮传动，标准压力角20°的轮齿已经满足不了行业需求，而压力角变化会对齿轮润滑性能与承载能力产生影响. 压力角增大会减小轮齿啮合过程的重合度，但增大压力角会同时增大等效曲率半径R与卷吸速度，这有利于油膜压力的降低与膜厚的增加，与图11（a）中心膜厚变化趋势一致. 轮齿压力角增大，使得半径R增加，进而增大接触半宽，这使得在单齿与双齿啮合区域的油膜压力显著降低（见图11）. 同时因膜厚增加使得剪应变率相应减小，从而降低摩擦力，有效改善齿轮-齿条啮合冲击.上述求解基于等温与牛顿流体假设，与润滑油的实际承载情况差别较大. 杨沛然等[8]导出润滑力学中关于非牛顿流体介质的普遍Reynolds方程，通过定义广义牛顿黏度，适用于多种流变模型. 现代弹流润滑模型求解中，考虑非牛顿、热效应与时变性的影响，对于求解真实表面下混合润滑参数的难度愈来愈大. Hu等[9]提出统一Reynolds方程求解混合润滑模型，Liu等[10]和王文中等[11]分别采用DC-FFT方法求解润滑表面的弹性变形，极大地提高了膜厚方程求解效率. 王优强等[12]考虑瞬态效应与热效应，分析直齿轮线接触下的瞬态热弹流润滑性能，讨论轮齿间油膜的厚度、压力与温度场的变化规律. 王文中等[13]对渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑进行分析，发现等主动轮齿根附近和节点位置润滑状态较差. 徐彩红[14]采用等温下的时变弹流润滑模型研究载荷突变对齿轮-齿条传动中的润滑性能影响，发现啮入点为危险点;袁玉鹏等[15]利用油膜厚度准则研究低速重载、频繁换向下的开式齿轮-齿条润滑状态.综上所述，弹流润滑机理的研究日益成熟，但超大模数变位齿轮-齿条啮合传动中的润滑状态及其失效预测仍有待完善. 作为超大模数齿轮-齿条传动机构，其模数62.667 mm，齿宽810 mm，单节长4705 mm，采用分节式设计安装，材料为18CrNiMo7-6，齿面加工处理为5级精度，齿轮-齿条采用正变位传动（x = 0.5）. 针对三峡升船机齿条性能评定试验装置启动至正常运行阶段的转速和载荷等10种工况参数，分别讨论变位系数、模数与压力角等几何参数，材料配副、油膜黏度等材料参数对油膜厚度、接触圧力及摩擦系数的影响，基于膜厚比与Stribeck曲线判定油膜润滑状态.1 变位齿轮-齿条润滑模型正变位齿轮可提高齿根抗弯强度，增大齿面接触强度和提高齿面耐磨损能力. 研究变位齿轮的润滑性能，以便合理设计润滑方式及优选润滑参数及性能评估. 对于变位齿轮，正变位时，齿廓变厚，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变大;负变位时，齿廓变薄，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变小，如圖1（a）所示. 齿条齿形保持不变，对应于不同变位齿轮相啮合的齿条，其齿廓的厚薄不同. 升船机齿轮-齿条传动机构相比齿轮传动，其变位工况下的啮合角大小恒为压力角α，其啮合原理见图1（b）. 实际啮合线长B1B2位于理论啮合线上，且啮合点沿oz轴方向移动;由齿轮的齿根与齿条的齿顶先啮入（B1点），直至齿轮的齿顶与齿条齿根处啮出（B2点）.2 热弹流润滑控制方程2.1 通用Reynolds方程2.2 油膜厚度方程2.3 润滑油黏度方程2.4 润滑油密度方程2.5 载荷平衡方程2.6 温度场方程3 计算流程与参数3.1 润滑参数计算流程3.2 材料与工况参数4 结果分析与讨论4.1 载荷与转速影响当第10时刻转速达到额定转速时，即工况为表1中的组11，其油膜压力沿啮合线的变化和各特征点中心膜厚的分布见图7. 其中A为啮入点，B为节点，C为HPSTC点，D为LPSTC 点，E为啮出点. 油膜压力变化趋势可由齿面载荷谱和Hertz接触半宽b简单分析. 由于齿条的曲率半径恒定，齿轮-齿条啮合过程中综合曲率半径R较齿轮-齿条啮合时增加更快，使得相同载荷谱下的接触半宽b较大，进而影响油膜承载区域内润滑参数的变化，b和R的变化趋势见图8. 由此可见，啮合过程中膜厚分布均出现颈缩现象，且膜厚由啮入至啮出逐渐增加，与直齿轮瞬态热弹流润滑[12]不同点是A到B过程中油膜压力逐渐降低，且C到D至E的过程中油膜压力降低的趋势更明显，这与接触半宽b的变化相一致.4.2 几何参数影响变位系数会改变齿轮-齿条传动中重合度大小，轮齿正变位会缩短啮合线长度，进而改变载荷沿啮合线的分布，对啮合传动的润滑性能产生影响. 图9（a）和（b）所示，随着变位系数增加，齿条顶部会较晚进入啮合，各特征点的油膜压力均有所降低，对应的中心膜厚逐渐增大，进而提高轮齿承载能力. 随着变位系数增加，齿面摩擦力的变化趋于缓和，啮入阶段摩擦力显著降低，这将有效减弱切向啮入冲击，节点至变位后的单齿啮合区摩擦力反向增大，啮出阶段的摩擦力则变化不大. 从图9（c）和（d）发现，增大变位系数可相对降低啮入时刻和单双齿交替啮合时刻的切向冲击.降低，且单双齿交替啮合处的压力突变减小，中心膜厚显著增加，齿面摩擦力与摩擦系数变化趋于缓和，可有效减弱轮齿啮合过程中的法向与切向冲击. 故增大模数可有效提高轮齿的承载能力，并改善润滑相关参数的分布.对于部分重载齿轮传动，标准压力角20°的轮齿已经满足不了行业需求，而压力角变化会对齿轮润滑性能与承载能力产生影响. 压力角增大会减小轮齿啮合过程的重合度，但增大压力角会同时增大等效曲率半径R与卷吸速度，这有利于油膜压力的降低与膜厚的增加，与图11（a）中心膜厚变化趋势一致. 轮齿压力角增大，使得半径R增加，进而增大接触半宽，这使得在单齿与双齿啮合区域的油膜压力显著降低（见图11）. 同时因膜厚增加使得剪应变率相应减小，从而降低摩擦力，有效改善齿轮-齿条啮合冲击.上述求解基于等温与牛顿流体假设，与润滑油的实际承载情况差别较大. 杨沛然等[8]导出润滑力学中关于非牛顿流体介质的普遍Reynolds方程，通过定义广义牛顿黏度，适用于多种流变模型. 现代弹流润滑模型求解中，考虑非牛顿、热效应与时变性的影响，对于求解真实表面下混合润滑参数的难度愈来愈大. Hu等[9]提出统一Reynolds方程求解混合润滑模型，Liu等[10]和王文中等[11]分别采用DC-FFT方法求解润滑表面的弹性变形，极大地提高了膜厚方程求解效率. 王优强等[12]考虑瞬态效应与热效应，分析直齿轮线接触下的瞬态热弹流润滑性能，讨论轮齿间油膜的厚度、压力与温度场的变化规律. 王文中等[13]对渐开线斜齿轮非稳态弹流润滑进行分析，发现等主动轮齿根附近和节点位置润滑状态较差. 徐彩红[14]采用等温下的时变弹流润滑模型研究载荷突变对齿轮-齿条传动中的润滑性能影响，发现啮入点为危险点;袁玉鹏等[15]利用油膜厚度准则研究低速重载、频繁换向下的开式齿轮-齿条润滑状态.综上所述，弹流润滑机理的研究日益成熟，但超大模数变位齿轮-齿条啮合传动中的润滑状态及其失效预测仍有待完善. 作为超大模数齿轮-齿条传动机构，其模数62.667 mm，齿宽810 mm，单节长4705 mm，采用分节式设计安装，材料为18CrNiMo7-6，齿面加工处理为5级精度，齿轮-齿条采用正变位传动（x = 0.5）. 针对三峡升船机齿条性能评定试验装置启动至正常运行阶段的转速和载荷等10种工况参数，分别讨论变位系数、模数与压力角等几何参数，材料配副、油膜黏度等材料参数对油膜厚度、接触圧力及摩擦系数的影响，基于膜厚比与Stribeck曲线判定油膜润滑状态.1 变位齿轮-齿条润滑模型正变位齿轮可提高齿根抗弯强度，增大齿面接触强度和提高齿面耐磨损能力. 研究变位齿轮的润滑性能，以便合理设计润滑方式及优选润滑参数及性能评估. 对于变位齿轮，正变位时，齿廓变厚，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变大;负变位时，齿廓变薄，齿顶圆、分度圆与齿根圆直径变小，如图1（a）所示. 齿条齿形保持不变，对应于不同变位齿轮相啮合的齿条，其齿廓的厚薄不同. 升船机齿轮-齿条传动机构相比齿轮传动，其变位工况下的啮合角大小恒为压力角α，其啮合原理见图1（b）. 实际啮合线长B1B2位于理论啮合线上，且啮合点沿oz轴方向移动;由齿轮的齿根与齿条的齿顶先啮入（B1点），直至齿轮的齿顶与齿条齿根处啮出（B2点）.2 热弹流润滑控制方程2.1 通用Reynolds方程2.2 油膜厚度方程2.3 润滑油黏度方程2.4 润滑油密度方程2.5 载荷平衡方程2.6 温度场方程3 计算流程与参数3.1 润滑参数计算流程3.2 材料与工况参数4 结果分析与讨论4.1 载荷与转速影响当第10时刻转速达到额定转速时，即工况为表1中的組11，其油膜压力沿啮合线的变化和各特征点中心膜厚的分布见图7. 其中A为啮入点，B为节点，C为HPSTC点，D为LPSTC 点，E为啮出点. 油膜压力变化趋势可由齿面载荷谱和Hertz接触半宽b简单分析. 由于齿条的曲率半径恒定，齿轮-齿条啮合过程中综合曲率半径R较齿轮-齿条啮合时增加更快，使得相同载荷谱下的接触半宽b较大，进而影响油膜承载区域内润滑参数的变化，b和R的变化趋势见图8. 由此可见，啮合过程中膜厚分布均出现颈缩现象，且膜厚由啮入至啮出逐渐增加，与直齿轮瞬态热弹流润滑[12]不同点是A到B过程中油膜压力逐渐降低，且C到D至E的过程中油膜压力降低的趋势更明显，这与接触半宽b的变化相一致.4.2 几何参数影响变位系数会改变齿轮-齿条传动中重合度大小，轮齿正变位会缩短啮合线长度，进而改变载荷沿啮合线的分布，对啮合传动的润滑性能产生影响. 图9（a）和（b）所示，随着变位系数增加，齿条顶部会较晚进入啮合，各特征点的油膜压力均有所降低，对应的中心膜厚逐渐增大，进而提高轮齿承载能力. 随着变位系数增加，齿面摩擦力的变化趋于缓和，啮入阶段摩擦力显著降低，这将有效减弱切向啮入冲击，节点至变位后的单齿啮合区摩擦力反向增大，啮出阶段的摩擦力则变化不大. 从图9（c）和（d）发现，增大变位系数可相对降低啮入时刻和单双齿交替啮合时刻的切向冲击.降低，且单双齿交替啮合处的压力突变减小，中心膜厚显著增加，齿面摩擦力与摩擦系数变化趋于缓和，可有效减弱轮齿啮合过程中的法向与切向冲击. 故增大模数可有效提高轮齿的承载能力，并改善润滑相关参数的分布.对于部分重载齿轮传动，标准压力角20°的轮齿已经满足不了行业需求，而压力角变化会对齿轮润滑性能与承载能力产生影响. 压力角增大会减小轮齿啮合过程的重合度，但增大压力角会同时增大等效曲率半径R与卷吸速度，这有利于油膜压力的降低与膜厚的增加，与图11（a）中心膜厚变化趋势一致. 轮齿压力角增大，使得半径R增加，进而增大接触半宽，这使得在单齿与双齿啮合区域的油膜压力显著降低（见图11）. 同时因膜厚增加使得剪应变率相应减小，从而降低摩擦力，有效改善齿轮-齿条啮合冲击.。
齿轮超低温处理工艺
齿轮超低温处理工艺
1、齿轮超低温处理工艺
齿轮超低温处理是一种用于金属表面热处理的工艺。
它具有制冷迅速、冷却快速、均衡性强、热介质环保、热处理相对强度大、材料腐蚀小
等特点，为现代工业提供了一种有效的热处理方式。
2、超低温处理的原理及优势
超低温处理是使用特殊蒸气型冷凝剂(如氮气或氦气)将金属工件送入低
温环境，使表面金属由正常温度直接冷却到低温区，实现金属表面的
超低温处理。
原理是通过电加热或控制热散发传热，使金属工件的表
面温度变为极低温度，达到金属表面热处理所需要的效果。
优势一：超低温处理具有冷却迅速的特点，表面温度可以很快的达到-190℃以下，而且冷却速度的不断加快，有效防止了金属的缩块或缩形，使表面凝固硬度和质量大大提高。
优势二：超低温处理过程中，表面温度变化范围小，冷却时间很短，
冷却均匀，有利于保持表面特性的稳定，保证了产品强度和耐久性。
3、齿轮超低温处理的应用
齿轮超低温处理技术主要应用于轴承、喷嘴、刀片和切削件、钢铁加
工零件等表面热处理，有效地提高了产品的机械性能和抗磨性能。
在
钢铁表面处理的应用中，超低温处理可以改变金属的表面形态，改善表面外观，提高钢铁表面细腻度和抗腐蚀性能，使其具有良好的机械性能。
此外，超低温处理也可以改变表面组织，减少组织松化特性，改善表面硬度和耐磨性能。
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收稿日期:2009-08-27基金项目:湖北省重点实验室开放基金重点项目(200704B)作者简介:何毅斌(1966-),男,江西玉山人,博士(后),副教授,主要从事齿轮减速器设计、制造等研究工作,E -mail:hua -yuanhe66@y aho o.co 。
文章编号:1001-3482(2010)02-0076-03基于热分析的低速重载齿轮传动冷却方法研究何毅斌1,陈定方2,何小华1(1.武汉工程大学机电工程学院,武汉430073;2.武汉理工大学智能制造与控制研究所,武汉430063)摘要:海上平台行星减速器中的低速重载齿轮传动由于摩擦生成热量较大,不仅影响到减速器的整体温度,而且轮齿间相互接触处由于摩擦引起的高温引起附加热应力,严重影响轮齿间的传动性能、工作可靠性及其使用寿命。
结合齿轮传动的传热学、摩擦学及有限元原理,建立了行星减速器三维热分析有限元模型,计算了不同环境温度和相同环境温度但冷却位置不同时,处于热平衡状态下的齿轮零件热力图,分析了减小热应力应该采取的有效方法。
研究结果表明,采用有限元法求解齿轮传动温度分布、热应力等问题,比较精确、方便、直观,便于采用更有效、更有针对性的措施。
关键词:热分析;低速重载;齿轮传动;冷却中图分类号:T E951 文献标识码:AStudy of the Cooling Method of Low -S peed Heavy -LoadGear Transmission Based on Thermal AnalysisH E Y-i bin 1,CH EN Ding -fang 2,H E Xiao -hua 1(1.Co llege of M echanical and Electrical Eng ineer ing ,W uhan I nstitute of T echnolog y ,Wuhan 430073,China;2.I CA D CS,Wuhan Univer sity of T echnology ,W uhan 430063,China)Abstract:In the planetary gear r educer w ith low -speed and heavy -lo ad o n offsho re platforms,itsfrictio n generates a larger heat as a result it no t only affects the ov erall temper ature of the reduc -er,and cause additional therm al stress as w ell.It is sever ely affected by to oth transmission per -form ance,reliability and service life.Ther efore,the com bination of the heat transfer theory,tr-i bolo gy and finite elem ent theory ,a planetar y reducer three -dim ensional finite elem ent mo del of thermal analysis w as established.T he therm al map of g ear parts in a state o f ther mal equilibrium w as calculated and the different am bient tem perature and the sam e ambient temperature but dif -ferent coo ling lo catio n w as analyzed.The effective w ay of reducing the ther mal stress sho uld be analyzed.T he results show ed that using finite element m ethod for solv ing the tem perature distr-i bution of gear ,thermal str ess and other issues w ould be mo re precise,convenient,intuitive,easy to ado pt.Key words:therm al analy sis;low -speed and heavy -load;gear transm ission;coo ling 齿轮传动系统中轮齿表面温度的大小对齿轮传动的可靠性与安全性以及齿轮润滑系统的设计与操作控制等有着重要的影响。
研究大型重载齿轮轮齿的温度分布特征并应用于工程实际,将有助于重载齿轮传动装置及润滑冷却系统的设计,并降低设计所需的周期和费用。
2010年第39卷 石油矿场机械第2期第76页 OIL FIELD EQUIPMENT 2010,39(2):76~78本文以海洋钻井平台提升行星减速器中齿轮为研究对象,运用理论分析和有限元数值模拟分析相结合为手段,建立具有高精度且适用于工业实际应用的低速重载轮齿齿面本体温度的分析和数值模拟模型,系统地研究、分析了轮齿表面温度的分布情况,并提出了相应的齿轮冷却方法。
1 齿轮齿面摩擦热计算热量传递按其不同机理可归纳为热传导、热对流和热辐射3种基本方式。
其中,热传导是指相互接触且温度不同的物体之间,或物体内部温度不同的各部分之间热量传递的现象。
工程上的对流换热通常是指固体壁面与其接触的流体之间的热量交换过程,它是热传导和热对流综合作用的结果。
所研究齿轮间由于摩擦引起的热传递符合这种形式。
两齿轮间的由于摩擦产生的热量与温度变化满足傅里叶定律[1],即<=-K Ad Td x(1)式中,<为导热热流量,W,单位时间内通过某一给定面积的热量,也是单位时间内齿轮的功率损失;A 为与热流方向垂直的面积,m 2;d T /d x 为该截面上沿热流方向的温度增量,简称为温度梯度,K/m;K 为比例系数,称为导热系数或热导率,W/(m #K),它是物体热物性参数,其值的大小反映了物体导热能力的强弱。
根据摩擦理论,摩擦力与速度的乘积是摩擦功耗,而摩擦力等于摩擦因数与载荷的乘积,因此摩擦功耗P f 为[2]P f =f Qv =f Q(X 1+X 2)E P m cos A /4(2)式中,f 为材料的摩擦因数;Q 为两物体间的法向作用力,N;v 为两物体之间的相对滑动速度,m /s;E 为重合度;m 为齿轮模数;A 为齿轮压力角。
则两齿轮间的热流密度q 为q =P f A(3)2 实例计算和分析已知某海洋石油钻井平台爬升用减速器的输出传动转矩为1.8M N #m ,输出轴转速为0.2r/m in,设计最短寿命为150h 。
根据设计得4级定轴传动和3级行星传动[3-4],其中的一级行星传动中行星轮模数14mm,齿数27,转速1.55r/min,齿厚115mm,材料选用合金钢,渗碳淬火,齿面硬度56~60H RC,接触面节圆上的圆周力为208508.7N 。
由于轮齿的温度主要是由具有周期性作用的摩擦热和介质散热决定,齿轮传动连续运行一段时间后,就已经达到了热平衡状态,为方便分析和求解,先作如下相关近似假设[5]:a) 齿轮啮合时产生的热量只传给接触物体轮齿,没有向接触面周围介质散热。
热源沿表面移动速度足够快,大于热传导速度。
b) 啮合接触区的发热强度分布呈抛物线。
c) 和齿轮本体温度发生变化所需的时间相比,轮齿转动一周的时间相对较短。
因此,任意瞬时轮齿啮合时的温度分布状况相同。
e) 可以将轮齿体积温度看作是稳态热交换问题,齿轮啮合时齿面间生成的摩擦热可以看成是一个旋转一周中的平均输入热。
该行星轮的有限元热分析流程如图1。
图1 齿轮有限元热分析流程按照图1的流程和已知条件,对环境温度为295K 和335K 时,轮齿上的温度分布进行了模拟计算,其结果如图2~3;对环境温度为335K 时,采用不同冷却方法时轮齿上的温度分布进行了模拟计算,其结果如图4~5,其中图4为环境温度为335K,并在接触齿的另一面采用降温措施使其为305K 时的温度图,图5为环境温度为335K,并在接触齿齿面采用降温措施使其为305K 时的温度图。
从图2中看到,此时齿轮的最高温度为383.4K,它位于两齿轮啮合处,最高温度与环境温度之差为383.4-295=88.4K;从图3中看到,此时齿轮的最高温度为423.4K,它位于两齿轮啮合#77# 第39卷 第2期 何毅斌,等:基于热分析的低速重载齿轮传动冷却方法研究处,最高温度与环境温度之差为423.4-335=88.4K;从图4中可看到,此时齿轮的最高温度为369.3K,它位于两齿轮啮合处,最高温度与环境温度之差为369.3-335=34.3K;从图5中可看到,此时齿轮的最高温度与环境温度相同为335K,两轮啮合处已不是最高温度区。
图2 环境温度为295K时的温度场图3 环境温度为335K时的温度场图4 不接触齿面采用降温的温度场从这些数据中可看到,其他条件不变,环境温度低,其啮合时产生的最高温度也低,但最高温度与环境温度之差没有变,及时地对参与啮合的轮齿进行冷却,可以降低最高温度以及温度差。
图5 接触齿面采用降温的温度场3 结论1) 通过对低速重载行星轮系中行星轮的温度场分析,可知齿轮啮合部位的最高温度随着环境温度的增长而增大,对温度分布状况基本不产生影响。
但在除环境温度之外其他条件不变时,齿轮啮合部位的最高温度与环境温度之差不变,因此,通过降低环境温度可以降低齿轮啮合处的最高温度,从而保证齿轮的传动质量。
2) 在相同的环境温度条件下,通过对低速重载行星轮系中行星轮啮合面和同一轮齿另一齿廓面(非啮合面)温度场进行分析,可知,不论是对啮合面或另一齿廓面进行冷却都可以降低轮齿啮合面的最高温度,但对啮合面进行冷却,降温明显。
3) 为保证低速重载行星减速器中的齿轮在传动过程中的传动质量,应采用多种冷却方法以降低减速器内环境温度(如喷雾冷却)和啮合区温度(为了冷却充分,可在啮合齿的两侧各装一个喷油嘴喷油进行冷却)。
参考文献:[1] 俞佐平,陆 爆.传热学[M ].北京:高等教育出版社,1995.[2] 机械设计手册编委会.机械设计手册:5卷[K ].北京:机械工业出版社,2004.[3] 何毅斌,陈定方,徐 胜,等.一种新型行星减速器的虚拟设计[J].石油矿场机械,2008,37(9):28-30.[4] 何毅斌,陈定方.基于可靠性原理的海洋平台传动齿轮设计研究[J].石油矿场机械,2009,38(10):40-42.[5] 屈文涛,沈允文,徐建宁,等.双圆弧齿轮传动的温度场和热变形分析[J].石油机械,2006,34(3):13-15,19.#78#石油矿场机械 2010年2月。