【摘 要】
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齿轮传动系统是航空发动机的关键传动部件之一,保证其处于良好的润滑状态显得尤其重要。航空齿轮通常在高速、重载下运转,如果齿轮润滑设计有缺陷、不合理,不能形成可靠有效的油膜,不能隔绝齿轮表面的直接接触,会导致齿面磨损加剧,摩擦系数增大,将产生巨大的发热量,降低齿轮传动系统的传递效率,影响传动系统的平稳性,使系统发生失效。因此,开展航空齿轮弹流润滑的研究具有重要意义。本文以航空齿轮副啮合界面为研究对象,
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齿轮传动系统是航空发动机的关键传动部件之一,保证其处于良好的润滑状态显得尤其重要。航空齿轮通常在高速、重载下运转,如果齿轮润滑设计有缺陷、不合理,不能形成可靠有效的油膜,不能隔绝齿轮表面的直接接触,会导致齿面磨损加剧,摩擦系数增大,将产生巨大的发热量,降低齿轮传动系统的传递效率,影响传动系统的平稳性,使系统发生失效。因此,开展航空齿轮弹流润滑的研究具有重要意义。本文以航空齿轮副啮合界面为研究对象,研究三维齿轮弹流润滑有限元仿真分析技术,考虑非牛顿效应对齿轮润滑特性参数的影响,计算齿轮啮合界面的弹流润滑特性参数,揭示工况变化对齿轮润滑特性的影响规律,探究粗糙度对齿轮润滑特性的影响。首先,论文进行了齿轮线接触弹流润滑仿真方法验证。论文根据齿轮的啮合特性,得到齿轮弹流润滑所需的边界条件;分别建立线接触弹流润滑仿真模型、数值理论模型和经验公式模型,通过对比同工况下的仿真计算结果、理论计算值和经验公式值,验证了齿轮线接触弹流润滑仿真方法的准确性与可靠性。其次,论文进行了齿轮非牛顿流体弹流润滑仿真研究。以齿轮啮入点为研究对象,考虑了非牛顿效应对齿轮润滑特性的影响,选取Ree-Eyring非流体进行仿真分析,得到该非牛顿流体对润滑特性的影响规律,结果表明:Ree-Eyring非牛顿下计算的油膜压力、油膜厚度与牛顿流体结果一致,但摩擦系数比牛顿流体结果小。基于Ree-Eyring流体模型,研究整个齿面的润滑特性参数,在啮入点摩擦系数最大,达到0.0120。再次,论文进行了工况变化对齿轮润滑特性影响和带粗糙度齿轮弹流润滑特性研究。以齿轮啮入点为研究对象,建立不同参数下的齿轮润滑仿真模型,研究不同转速、不同滑滚比、不同载荷以及不同环境温度对齿轮润滑特性参数的影响。基于理想粗糙度模型与实验测得真实齿轮表面粗糙度模型,建立粗糙表面的弹流润滑仿真模型,研究齿轮表面粗糙度幅值、方向、接触峰类型的变化对润滑特性的影响,并与光滑表面计算结果对比,结果表明:当粗糙度值幅值HP从0变大到0.64um时,摩擦系数从0.0120增大到0.0187,膜厚比从1.96减小到1.42。由于横向粗糙度产生的所谓的“泵效应”,使得横向粗糙度下能够形成更厚的油膜厚度,在该工况膜厚提升了0.024um。最后,论文结合工程实际,讨论了不同油气比对带粗糙表面齿轮润滑特性的影响,结果显示:当油气比（s）从1.0减小到0.6,粗糙度Ra为0.30um时,摩擦系数从0.0132增大到0.0250,膜厚比从2.13减小到1.55;粗糙度Ra为0.35um时,摩擦系数从0.0144增大到0.0274,膜厚比从1.81减小到1.33。另外,当油气比小于0.9时,随着油气比增大,摩擦系数以-0.03的斜率近似于线性减小;当油气比大于0.9时,摩擦系数减小幅度趋于平缓,建议油气比例控制在0.9左右,以达到较小的摩擦系数。
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