某型直升机行星齿轮机构弹流润滑研究

直升机减速器润滑系统应急技术研究管文;戴振东;夏延秋;于敏【摘要】If the lubrication system of helicopter reducer is destroyed, gears and bearings will be at the non-lubricating oil work state, which causes the reducer to be damaged in a short time and creates disastrous consequence. Many kinds of emergency technical means of helicopter reducer lubrication system were analyzed, the advantages and defects of these methods were pointed out and some more overall and more advanced ideas were put forward, such as using high strength materials at high temperature, modifying surface properties of transmission components, using emergency lubrication system, using oil-gas lubrication instead of oil-mist lubrication and using composite additives of sulphur and phosphorus or else compound additives of good abrasion resistance in the conditions of high speed impact and low speed high torque.%直升机减速器润滑系统出现故障,齿轮轴承将处于无润滑油工作状态,使减速器在短时间内破坏,造成灾难性的后果.对直升机减速器润滑系统多种应急技术方案进行分析,指出这些方案的优点与缺陷,提出了更为全面更为先进的解决思路,如选用热强度高的材料；对传动元件进行表面改性；采用应急润滑系统；用油气润滑代替油雾润滑；使用硫系与磷系复合添加剂或其他在高速冲击和低速高扭矩条件下均具有良好抗磨性能的复合添加剂.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2012(037)003【总页数】4页(P94-97)【关键词】直升机;减速器;润滑系统;干运转;应急技术【作者】管文;戴振东;夏延秋;于敏【作者单位】南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京210016;南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京210016;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000;南京航空航天大学高新技术研究院江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】V275传动系统是直升机的三大重要动部件之一，也是最易受损的部件之一，它直接影响到直升机的生存。

螺旋锥齿轮乏油弹流润滑寿命预测
闫玉涛;孙志礼;王延忠
【期刊名称】《兵工学报》
【年(卷),期】2009(030)007
【摘要】针对螺旋锥齿轮乏油弹流润滑(SEHL),基于微分几何和空间曲面啮合原理,进行了螺旋锥齿轮轮齿加载接触迹、接触点主曲率及轮齿间载荷分配的分析.通过椭圆乏油弹流润滑理论,建立了螺旋锥齿轮乏油弹流润滑分析的数学模型和寿命预测模型.以某直升机传动系统螺旋锥齿轮为例,分析验证了所建立的螺旋锥齿轮乏油弹流润滑寿命预测模型的有效性,为螺旋锥齿轮乏油弹流润滑寿命预测提供了一种有效的方法.
【总页数】5页(P973-977)
【作者】闫玉涛;孙志礼;王延忠
【作者单位】东北大学,机械工程与自动化学院,辽宁,沈阳,110004;东北大学,机械工程与自动化学院,辽宁,沈阳,110004;北京航空航天大学,机械工程及自动化学院,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TH117.2
【相关文献】
1.螺旋锥齿轮齿面粗糙度对其乏油润滑寿命的影响 [J], 严宏志;黄国兵;黎超;周腾飞
2.航空螺旋锥齿轮乏油润滑过程分析 [J], 王延忠;王涛;周元子
3.适用航空螺旋锥齿轮工程设计的弹流润滑数值方法 [J], 王延忠;周云飞;李小清;李斌;周济
4.多点接触乏油弹流润滑模型及试验研究 [J], 张涛; 陈晓阳; 陈世金; 顾家铭
5.乏油工况下斜齿轮热弹流润滑特性研究 [J], 丁华锋;刘明勇;张晋熙;吴晨辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

1998年9月收稿;1998年11月收到修改稿。

*本文系国家自然科学基金资助项目(编号:59705003)和航空基础科学基金资助项目(编号:97C53029)**男　35岁　博士后　副教授　北京市9628信箱48分箱　100086第14卷　第3期航空动力学报V ol .14No .31999年7月Journal of Aerospace Power July 1999某直升机齿轮传动系统的瞬态热分析*北京空间飞行器总体设计部 刘志全**西北工业大学 沈允文　陈国定　苏　华【摘要】　提出了传动系统瞬态温度场的分析方法,建立了失去润滑条件下传动系统功率损失及对流换热系数的计算模型,该模型考虑了失去润滑后传动系统热状态参数的时变特征。

在稳态热分析的基础上,求解了某直升机齿轮传动系统的瞬态温度场,为该传动系统生存能力的预测提供了理论依据。

　主题词:　齿轮传动　温度场　热分析　分类号:　T H 132　V 275.11　引　言 军用直升机传动系统,在战场上遭敌方火力攻击而中弹漏油失去正常润滑的概率很大。

在失去润滑这样严苛的工作条件下,传动系统的生存能力很大程度取决于传动系统的瞬态温度场和传动元件材料的热承载能力。

笔者在文献[1]中已对某直升机齿轮传动系统(在正常润滑条件下)进行了稳态热分析,本文将在此基础上对该传动系统进行失去润滑条件下的瞬态热分析从而为传动系统生存能力预测提供理论基础。

2　传动系统瞬态温度场的分析方法 求解系统瞬态温度场所遵循的基本原理是,节点的净热流量等于节点相关体积内能的增加。

即:q j =d j C p j V j (d T j /d f ) (j =1,2,…,n )(1)这里q j ,d j ,C p j ,V j 和T j 分别表示第j 个节点处的“净热流量”、“材料密度”、“材料比热”、“相关体积”和“温度”。

f 为时间,d T j /d f 为第j 个节点处的温升率。

求解式(1)给出的一系列一阶非线性微分方程(因含有辐射项和对流换热项)的简便数值计算方法是将时间f 按时间步长(变步长)离散为一个时间序列,k 为循环次数,则f(k +1)时刻的温度场T (k +1)j 就可用f (k )时刻的温度场T (k )j 递推出来,即:f (k +1)=f (k )+△f (k )(2)T (k +1)j =T (k )j +[d T j /d f ](k )△f (k )=T (k )j +(q (k )j /d (k )j C (k )p j V j )△f(k )(3) 利用递推公式(3)就可求解系统的瞬态温度场。

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.。

link appraisement侯兰兰 李明强 王国胜中国直升机设计研究所侯兰兰，女，中国直升机设计研究所，设计员。

图1 齿轮弹簧－质量力学模型图2 齿轮系统动力学研究理论体系中国科技信息2021年第2期·CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Jul.2021◎航空航天发，研究工作分为线性分析和非线性分析两方面。

在齿轮系统动力学长期发展后，其研究内容可归纳至6个方面：（1）固有特性。

系统的固有特性主要包括固有频率和振型，在科学研究中是需重点关注的系统特性，是齿轮系统最基本动态特性之一。

（2）动态响应。

对齿轮系统而言，系统的动态响应涉及啮合副的动态啮合力、轮齿内外激励在齿轮内部的传递性、传动系统内各部分结构的动态响应等。

（3）动力学稳定性。

该方面工作主要工作为评估稳定性影响主要包括：根据关键因素，分析系统的运动稳定参数区间和不稳定参数区间，为齿轮系统的动力学设计和工程分析提供参考阈值。

（4）关键参数分析。

基于动力学方程，主要关注系统内的结构、几何、力学等参数，研究、分析并总结其对系统动力学特性的影响方式，为齿轮系统动力学设计提供参考。

（5）非线性动力学。

在该方面的研究工作主要包括：参数确定情况下的齿轮非线性系统其运动周期解、运动稳定性判别，以及参数变化时系统的局部分岔和全局分岔特性，还包括系统周期解的全局吸引域计算等。

（6）混沌控制。

在一定的参数设定下，齿轮系统将会陷于混沌状态，混沌运动状态下，系统将产生严重噪声，甚至影响可靠性和安全性。

由此需要研究发展混沌控制方法。

目前有研究者利用OGY 方法，针对单自由度系统，可以控制其从混沌状态向周期状态转变。

分析模型根据分析对象及侧重点，齿轮系统动力学分析模型可总结为：（1）动载系数模型。

在计算齿根应力方程中，需要确定冻灾系数，由此发展形成动载系数模型，该模型现可用于分析系统动载荷系数和单对齿轮副的计算研究。

直升机减速器润滑系统应急技术研究直升机启动机减速器是传动组件重要部件，发展空军要求因此也越来越高。

摩擦和磨损是直升机减速器润滑系统可靠性的最大问题，如何有效地抑制这一现象，具有重要的实际意义。

为此，本文通过分析和研究减速器润滑系统的结构特点、摩擦损失原理，从摩擦学、齿轮加工、润滑技术等方面提出了具体的研究内容和不同的技术减少摩擦损失，以期为帮助提高直升机减速器可靠性提供服务。

一、减速器润滑结构特点直升机减速器的润滑功能主要由油膜作用实现，油膜在减小摩擦损失的传热损失并实现减速器组件的摩擦润滑的过程中发挥重要作用，因此，油膜的构成和原理对润滑系统的可靠性有着重要影响。

通常来说，直升机减速器润滑系统由油容器、燃料泵、油滤器、润滑油和润滑器组成，其中，润滑油由油容器内至润滑器，实现了减速器的润滑，实现摩擦损失的有效抑制，保证减速器的可靠性。

二、摩擦损失原理摩擦是润滑系统的重要部分，摩擦损失也是润滑系统可靠性下降的重要原因，主要表现在以下几点：1、润滑油的高温流失：当润滑油受温度影响，从空气中提取热量时，润滑油本身汽化蒸发，从而降低润滑油的流动性，并产生摩擦损失。

2、油膜分层：由于润滑油的活性渗透，或者在润滑油表面形成分层，破坏润滑层的完整性，从而降低润滑效果，导致摩擦损失。

3、侧向力：当转速过高时，系统会出现侧向力，破坏润滑膜，使润滑油失去润滑效果，从而增加摩擦损失。

三、研究内容针对上述摩擦损失现象，本文的研究内容包括：1、研究摩擦学原理：研究减速器的摩擦原理，探讨摩擦学的研究，包括摩擦力、摩擦系数等，以便有效抑制摩擦损失。

2、研究齿轮加工技术：研究减速器的齿轮加工，结合磨削加工、油膜加工和表面处理技术，以提高齿轮表面平滑度，降低摩擦损失，提高系统可靠性。

3、研究润滑技术：研究减速器的润滑技术，包括润滑油特性、润滑剂、润滑油温度等，以及润滑油和润滑油系统的选择设计，以更好地抑制摩擦损失，提高系统可靠性。

核电循环泵行星齿轮热弹流润滑研究
董庆兵;汪汉明;冯成程;魏静;何东;杨海师
【期刊名称】《润滑与密封》
【年(卷),期】2024(49)2
【摘要】核电齿轮箱的良好润滑性能是核电循环泵可靠运行的重要保障,充分考虑齿面形貌和齿廓修形等因素对内/外啮合齿轮副的影响是准确评估其润滑特性的前提。

建立典型工况下核电循环泵行星传动系统斜齿轮热弹流润滑模型,首先将斜齿轮副的啮合状态几何等效为圆锥滚子的接触问题,然后考虑斜齿轮接触变形和齿廓偏差,计算得到内/外啮合齿轮副接触区域不同位置的油膜厚度、承载压力、摩擦应力和闪温等参数。

考虑齿面磨合作用,采用移动平均滤波方法对未经磨合的初始形貌进行光滑处理,分析了齿面形貌对润滑行为的影响,最后采取齿廓修形改善润滑特性。

结果表明:粗糙度和齿廓修形均会对润滑特性产生明显的影响,齿面粗糙形貌会造成油膜厚度减小,进而影响其润滑特性,弱化润滑油膜的承载能力;通过齿廓修形可以改善齿轮啮合边界处的几何过渡,降低该区域的应力集中和表面温度,从而明显改善啮合线终端的润滑状态。

【总页数】10页(P1-10)
【作者】董庆兵;汪汉明;冯成程;魏静;何东;杨海师
【作者单位】重庆大学机械传动国家重点实验室;重庆大学机械与运载工程学院;重庆齿轮箱有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH117.2;TH132.413
【相关文献】
1.刮板输送机行星齿轮传动的弹流润滑研究
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直升机主减速器行星齿轮系热分析王正峰;夏富春;万隆【摘要】以直升机主减速器行星齿轮系为研究对象,给出了对流换热系数的计算方法,并应用有限元分析软件对齿轮的摩擦升温进行了分析,得到摩擦导致的行星轮系温度场以及齿轮失效时间,用于指导主减速器内部润滑系统及齿面强度、耐磨性的设计,提高主减速器的干运转能力.【期刊名称】《直升机技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】5页(P20-24)【关键词】温度场;行星齿轮系;主减速器【作者】王正峰;夏富春;万隆【作者单位】海军驻景德镇地区航空军事代表室,江西景德镇 333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001;中国直升机设计研究所,江西景德镇 333001【正文语种】中文【中图分类】V232.8;TH132.410 引言直升机具有垂直起降、空中悬停性能和机动灵活的优点。

传动系统作为直升机三大动部件之一，对直升机功能的实现和飞行安全起着至关重要的作用。

齿轮结构是直升机传动系统的重要组成部分，其失效形式主要为齿面磨损、点蚀及胶合。

本文主要以某型直升机减速器的行星轮系为例，从摩擦学角度出发，对齿轮在运转时由于摩擦因素而产生的磨损以及一系列后续问题进行研究，为齿轮的设计优化提供必要的参考。

1 轮齿啮合温度的分析本文研究的某型机主减速器主要由两级行星轮系组成，结构如图1所示。

轮齿温度受影响因素很多，包括载荷、转速、齿轮的几何参数、齿面摩擦热流量的大小、齿轮端面和啮合面的对流传热系数、减速器空气温度和润滑油输入温度等。

重庆大学龙慧的研究[1]指出，齿轮几何参数的改变,尤其是齿宽的大小,会对轮齿温度带来较大的影响；而模数改变导致的温度变化将取决于齿轮体积的改变、承载能力的变化以及对流传热系数的改变的综合结果。

准确地测量减速器的空气温度和精确计算啮合面的摩擦热流量是保证有限元轮齿本体温度分析精确性的必要手段。

图1 某型机主减速器结构图1.1 对流换热系数计算在齿轮温度场分析计算中必须事先确定对流换热系数，齿轮换热系数主要取决于齿轮的冷却润滑方式及齿轮的运行条件。