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弧齿锥齿轮干运转条件下瞬态热分析

作　者: 石成新
导　师: 王淑仁；闫玉涛
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 弧齿锥齿轮有限元模型干运转瞬态热分析对流换热胶合失效
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

武装直升机传动系统一旦中弹漏油即进入逐步失去润滑的工作状态。随着润滑油不断流失,齿轮最终会进入干运转状态,并可能会出现轮齿卡死或齿面胶合等失效形式,短时间内传动系统将完全丧失传动能力,进而导致直升机坠毁。研究提高直升机传动系统的干运转能力,使其在干运转条件下具有一定时间的传动能力,对于减少损失,保障机乘人员安全具有重大意义。针对武装直升机传动系统中广泛应用的弧齿锥齿轮,基于齿轮啮合原理、摩擦学和传热学知识,以理论分析计算和有限元分析方法相结合为手段,通过求解三维瞬态导热偏微分方程,得到齿面瞬态温度场的分布情况。本文主要内容有：1.依据弧齿锥齿轮齿面方程,在ANSYS10.0下建立了单齿实体模型,并通过映射分网方式,将实体模型转化为有限元模型。2.结合传热学理论及经验公式,针对两种不同转速分别计算了轮齿啮合面、端面及其他面在干运转条件下的对流换热系数。对比分析了对流换热系数随温度及齿轮转速的变化趋势。3.综合运用弧齿锥齿轮啮合传动基本原理、摩擦学以及传热学知识,计算了齿面相对滑动摩擦系数,确定了齿轮干运转条件下齿面摩擦热的热源强度。4.以热流密度和对流换热系数为输入面载荷,在ANSYS10.0下计算了轮齿瞬态温度场,确定了齿面啮合迹线上的关键点温度随时间变化规律。5.依据Block闪温理论,分析了小齿轮在两种不同转速下的齿面啮合点温升曲线,得到了齿面发生胶合失效的时间,为预测弧齿锥齿轮在干运转状态下的寿命提供参考。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题背景及意义  11-12
  1.2 相关领域研究现状  12-18
    1.2.1 传热学发展现状  12-14
    1.2.2 有限单元法(Finite Element Method,FEM)  14-15
    1.2.3 齿轮摩擦学研究现状  15-16
    1.2.4 齿轮温度场研究现状  16-18
  1.3 本论文的主要研究内容  18-19
第2章瞬态导热微分方程及单值性条件  19-29
  2.1 基本概念  19-21
    2.1.1 温度场  19
    2.1.2 温度梯度  19-20
    2.1.3 热流率  20
    2.1.4 热流密度  20
    2.1.5 稳态及瞬态导热  20-21
  2.2 传热学基础知识  21-24
    2.2.1 热传导  21-22
    2.2.2 热对流  22-23
    2.2.3 热辐射  23-24
  2.3 瞬态导热偏微分方程  24-26
  2.4 单值性条件  26-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章弧齿锥齿轮的实体有限元模型建立  29-43
  3.1 引言  29
  3.2 弧齿锥齿轮传动特点  29-30
  3.3 弧齿锥齿轮的几何模型建立  30-41
    3.3.1 弧齿锥齿轮的啮合原理  30-32
    3.3.2 弧齿锥齿轮的切齿原理  32-34
    3.3.3 弧齿锥齿轮几何参数计算  34-35
    3.3.4 弧齿锥齿轮产形轮的齿面方程  35-37
    3.3.5 弧齿锥齿轮的齿面方程  37-39
    3.3.6 弧齿锥齿轮的几何实体模型  39-41
  3.4 弧齿锥齿轮三维有限元模型  41-42
  3.5 小结  42-43
第4章弧齿锥齿轮瞬态温度场有限元分析  43-61
  4.1 引言  43
  4.2 干运转状态下齿轮导热系数与对流换热系数的确定  43-49
    4.2.1 导热系数  43-44
    4.2.2 轮齿啮合面对流换热系数  44-46
    4.2.3 轮齿端面对流换热系数  46-48
    4.2.4 轮齿其他面对流换热系数  48-49
  4.3 干运转状态下齿轮摩擦生热计算  49-55
    4.3.1 弧齿锥齿轮摩擦生热计算的理论基础  49-51
    4.3.2 弧齿锥齿轮加载接触分析  51-53
    4.3.3 摩擦系数计算及其沿齿面变化分析  53-54
    4.3.4 摩擦热在大小齿轮上的分配关系  54-55
  4.4 弧齿锥齿轮瞬态温度场有限元分析  55-60
    4.4.1 瞬态导热的有限元平衡方程  55-58
    4.4.2 初始条件与时间步长  58-59
    4.4.3 有限元分析  59-60
  4.5 本章小结  60-61
第5章干运转条件下弧齿锥齿轮胶合失效分析  61-67
  5.1 干运转条件下的寿命  61-63
    5.1.1 胶合失效  61
    5.1.2 热胶合失效的计算准则  61-62
    5.1.3 胶合温度  62-63
  5.2 结果分析  63-66
  5.3 本章小结  66-67
第6章结论  67-68
参考文献  68-72
致谢  72

弧齿锥齿轮干运转条件下瞬态热分析

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