固体润滑涂层齿轮传动温度场分析

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1、固体润滑涂层齿轮传动温度场分析重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：李宁指导教师：石万凯教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一五年五月AnalysisonTemperatureFieldforGearswithSolidLubricantCoatingAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiNingSupervisedbyProf.ShiWankaiSpeci

2、alty:MechanicalDesign&TheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要齿轮传动由于具有传动比准确，传动效率高，功率恒定、安全可靠等优点在现代工业中得到了广泛的应用。重载高速工况下，齿轮由于摩擦生热引起齿面温度过高，啮合齿面不能形成有效的流动润滑油膜，从而引起齿面胶合失效；同时，齿轮温升过高会导致热变形过大，从而引起附加热应力，严重情况下会造成齿侧传动间隙消除。齿轮传动在高温、高真空、高负荷和强辐射等极端环境下工作时，传统

3、的润滑系统往往不能达到理想润滑效果，因此，固体润滑技术得以发展和应用。为了满足重载高速齿轮传动的需要，改善重载高速齿轮的传动性能，在齿轮齿面上生成具有良好减摩性和抗胶合性的固体润滑涂层。本文以电动推进系统减速传动机构为最终使用对象，结合齿轮啮合理论、传热学、摩擦学、表面工程技术、热分析技术和有限元理论，研究了齿轮温度场变化规律和固体润滑涂层性能及摩擦磨损机理，为了将固体润滑涂层应用到重载高速齿轮上以满足减速传动机构的功能和性能要求，做了比较系统的理论分析与实验研究。本文具体的研究工作如下：①在传热学的基本理论和概念基础上，推导了导热偏微分方程，讨论了齿轮本体稳态温度

4、场的热平衡方程及相关的边界条件；根据赫兹接触理论基础，分析了啮合过程中齿轮副间的相对滑动速度、齿面赫兹接触应力的变化规律；研究了齿面输入热流量的计算方法，讨论了在润滑条件下齿轮啮合面、端面等区域的对流换热系数。②建立了齿轮本体温度场的有限元分析模型，计算了齿面输入摩擦热、对流换热系数等相关热物性参数，应用有限元分析软件ANSYS分析了齿轮稳态温度场分布规律；在不同的载荷、转速、摩擦系数等传动参数影响下，分析这些参数对齿轮本体稳态温度场的影响规律，并系统的讨论了其对齿轮本体温度场的影响特性。③为了将低温离子渗硫层应用到重载高速齿轮传动中，在GCr15钢球表面制备得到F

5、eS固体润滑涂层。在MRS-1J机械式四球摩擦磨损试验机上进行了试验，测定了不同对摩副的摩擦系数、磨斑直径。在脂润滑和油润滑条件下对基底钢球、涂层钢球的摩擦磨损性能进行了分析对比。利用扫描电镜和电子能谱仪对磨斑表面进行了微观分析和能谱分析，分析了涂层的摩擦磨损机理，并建立了涂层的磨损机理模型。结果表明，FeS涂层在润滑条件下表现出较好的摩擦磨损性能，主要的磨损机理为磨粒磨损。关键词：重载高速稳态温度场FeS涂层磨损机理I英文摘要ABSTRACTGeartransmissionhasbeenwidelyusedinmodernindustrybecauseofitsa

6、dvantagesasaccuratetransmissionratio，hightransmissionefficiency，constantpower，safeandreliable.Underheavyloadandhigh-speedcondition，thegeartoothsurfacetemperatureisexorbitantcausedbyfrictionheatandmeshingtoothsurfacescan'tformeffectivelubricatingoilfilm，causingthebondfailureoftoothsurfa

7、ce.Atthesametime,thehighGeartemperaturecanleadtoexcessivethermaldeformation，causingheatstress，evencaneliminatetoothflanktransmissionclearance.Traditionallubricantoil(orgrease)canhardlymeetthelubricationrequirementsofgearsoperatingunderspecialandextremecircumstancessuchashightemperatu