[发明专利]一种考虑齿面磨损的摩擦热流量预测方法

说明书

本发明公开了一种考虑齿面磨损的摩擦热流量预测方法，与传统解决方案相比，本发明考虑到齿面磨损量对摩擦热流量的影响，更接近齿轮运行过程中摩擦热流量分布；而且此方法不仅能够得到齿面摩损量对摩擦热流量的影响，还可以得到齿面磨损量对齿面载荷分布与齿面的表面粗糙度的影响。

技术领域

本发明涉及齿轮设计领域，尤其涉及一种考虑齿面磨损的摩擦热流量预测方法。

背景技术

齿轮在运转过程中，由于齿之间的相互摩擦，会产生大量的热量，乃至引起齿面胶合、降低齿轮寿命，导致运转环境升温影响其他部件等影响。而主要由摩擦系数、相对滑动速度和接触压力决定齿面摩擦热流量是导致齿面温升的主要因素之一；因此在设计齿轮的过程中需要预测齿轮的摩擦摩擦热流量，从而防止设计的齿轮由于升温过高导致出现的事故。人们已经建立了准静态下齿面摩擦热流量的预测方法，其未考虑齿面磨损对其的影响。而在齿轮运行过程是动态的，齿面磨损是一直存在的，并且对齿面摩擦热流量有一定的影响，因此，在分析齿面摩擦热流量时应考虑齿面磨损量对其的影响，从而得到更准确的预测结果。

名词解释：

Archard模型：Archard根据实验研究提出了相对滑动的两接触面之间的磨损计算模型，其计算公式为：式中，V表示磨损体积；s表示相对滑动距离；W表示接触点法向载荷；H表示接触表面硬度；K为无量纲的磨损系数。

对于齿轮啮合，将齿面进行离散，对于啮合面上的任意一对接触点，Archard磨损公式可以转化为：式中，h为磨损深度；s为相对滑动距离；p为接触应力；k为有量纲的磨损系数。

发明内容

本发明的目的是公开一种考虑齿面磨损的摩擦热流量预测方法，与传统解决方案相比，本发明考虑到齿面磨损量对摩擦热流量的影响，更接近齿轮运行过程中摩擦热流量分布；而且此方法不仅能够得到齿面摩损量对摩擦热流量的影响，还可以得到齿面磨损量对齿面载荷分布与齿面的表面粗糙度的影响。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种考虑齿面磨损的摩擦热流量预测方法，包括如下步骤：

步骤一、得到齿轮的基本参数，所述基本参数包括基本几何参数、基本运行参数和其他基本参数；所述基本几何参数包括：齿轮齿数Z_i；齿轮模数m；齿宽B；齿轮分度圆压力角α；齿轮材料的泊松比与弹性模量分别为μ_i和E_i；齿轮材料的热传导系数、密度和比热容分别为λ_i、ρ_i和c_i；表面粗糙度R_a；基本运行参数包括齿轮的转速n_i，i＝p或g分别表示为主动轮和从动轮；齿轮输入扭矩T；所述其他基本参数包括：齿轮运行周期数N；最终齿轮运行周期数N₀；磨损阈值h₀，当累积磨损量达到磨损阈值h₀时，齿面载荷进行重新分布；齿面的原始表面粗糙度R_a；

步骤二、齿轮副的接触应力p与接触半宽a_H分别表示为：

式中，F_nc为齿轮啮合时法向啮合力；B为齿轮的齿宽；R_EC与E₁₂为直齿轮的综合曲率半径和等效弹性模量；ν表示齿轮材料的泊松比；

步骤三、根据Achrard磨损模型，齿面磨损累积量h_i表达为：

Δh＝k₀·p·s

式中，i＝p,g；其中p,g分别表示主动轮与从动轮；k₀表示齿面磨损系数，s表示相对滑移距离；