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1、行星锥盘无级变速器的弹性流体动力润滑分析斯轮1991年行星锥盘无级变速器的弹性流体动力润滑分析郑州工学院冯澄宙摘要本文先简单介绍弹性流体动力润滑的原理.然后应用其公式分析计算行星锥盘无级变速机的膜厚比.应用本文的方法,可以确定行星锥盘无级变速嚣的油膜厚度和主要零件的主要参数等是否合理.本文附有例题,以便参考.主题词:行星锥盘无级变速机弹流理论膜犀比一,前言近几年我国进口的化工,食品,纺织印染,机床等机械设备和流水生产线上,采用行星锥盘无级变速器较多.其特点是结构简单,体积小重量轻,制造容易,使用方便.这种无级变速器采用润滑油润滑,在摩擦传动零件(即行星轮,太阳轮和内摩擦轮)问具有润滑油膜
2、存在;弹性流体动力润滑理论(以下简称弹流理论)的建立,对摩擦式无级变速器设计理论的发展有重大的推动作用,对提高摩擦传动零件的工作可靠性,具有重大的现实意义.根据现代的研究结果表明,弹性流体动压油膜的存在及其厚度,对摩擦传动零件的表面失效有着直接的重大影响.这种油膜厚度的减薄或破裂,将会引起零件的疲劳点蚀或产生胶合破坏,缩短零件的使用寿命.如能依据弹流理论,采取相应措施来促进油膜的形成并确保它有足够的厚度.则不仅能避免这些零件发生表面失效,而且还可相对经济地提高其承载能力延长使用寿命.本文仅就行星锥盘无级变速器设计中如何运用弹流理论计算膜厚比,确定所设计的变速器是否能达到完全流体润滑,即全
3、膜弹流润滑.二.弹性流体动力润滑在流体动压润滑状态下,当滑动表面产生赫兹接触状况时,在重载条件下接触区的接触压力峰极高,有时可达几万个大气压,在承载区表面的弹性变形很大,其数值常常接近甚至超过平均油膜厚度.同时,由于负载区压力极高,润滑油粘度也随着楣应提高,那时润精油已不是液体而是像固态玻璃体了.对于一般矿物油的粘压关系,可用下列经验式表示:.,(1)式中——压力为时油的动力粘度,CP参考文献毛世民等种高性能的齿轮传动.重机械.1989,f5)毛世民荨.内啮合强齿锥齿轮剧的加工原理.齿轮,1991,15(1)毛世民.内弧齿锥齿轮传动的特性及加工原理.西安交通大学博士论文,1988.吴序堂
4、.齿轮啮合原理,机械I~l,lil版社,1982.第l5卷第4期行星锥盘无级变速器的弹性流体动力润滑分析3.——大气压下油的动力粘度.CPP——自然对数的底,e=2.718口——油的粘压系数,当压力P的单位为Pa时,口的单位为.m/s.对于矿物油=(1～3)×10-Sm/N,其代表值为2.21Wm/N.伍斯特(R.C.Wooster)曾提出计算口值的公式.,ff=(0'6+0.96511g口)×10"-(2)田1在研究流体动压油膜形成的理论中,考虑了高压下油的粘压特性,以及引起接触区弹性变形的压力和流体动力润精油膜压力的相互关系,叫做弹性啉动力润滑理论.图l是两个平行圆柱蚌在弹流润滑条件
5、下,接触区的弹性变形,油膜厚度及油膜压力分布的示意图.在赫兹接触区内的弹性变形,基本上形成一个平行的油膜厚度h.,只是在对应于第二峰值压力处出_觋一种缩颈现象,形成最小油膜厚度^-a一些学者根据弹流理论,采用不同的假设条件和简化办法,导出了各种线接触的最小油膜厚度公式f这些公式都有一定的适用范围=道森和希京森的公式适用于重袭弹性接触时,弹懂变形及粘压效应都居同等重要的场合,其公式为2.6(3)式中——睫厚系数,H=^./R——晗曲率半径,-Rj(&+RzJ;"+"一"号分别用于外接触和内接触R.,置.——分别为两圆柱体的半径G——材料参数,G=aE——油的粘噩系数E——两接触体材
6、料的练台弹性模量,11/l一.1一,r一十百』E.,E———分别为两接触体材料的弹性摸量?v.,P——分别为两接触体材料的泊拯比u———速度参数,u=.u/(E).——大气压下油的动力粘度u——两接触体的平均圆周速度.U=(ut+u2),u.——分别为两接触体的圆周速度,载荷参数,一警F——法向载荷,——接触线长度马丁公式适用于轻载刚性接触,弹性变形和粘压效应都很小的场合,其公式为H=4.90(U/w)(I)市洛克公式适用于粘压效应远大于弹性变形故应的场台,其公式为H:1.66(GU)0,(51赫雷布勒公式适用于弹性变形效应远大1:粘压效应的场合,其公式为H=3.01U.'～0一f)圈2
7、关于以上四个计算油膜厚度的公式的具体应用可参看弹流润滑分区图(图2).该图是1970年约翰逊K.L..1ohnson)整理的并经轮i9j摧虎克(c.J.Hooke?修订提出的.图中以弹性参数为横坐标.以粘性参数为纵坐标=一GW/"2U:1/2}(7]0J图中划分为四个区域:(1)月一』区,即刖性等粘区,用马丁公式.(2)—区,即刚性变粘区,用布洛克公式.(3)E叫区即弹性等粘区,用赫雷布勒公式.f4)E—区,即弹性变粘区,用逋森和希
