[发明专利]一种考虑三维表面加工粗糙度的柴油机正时齿轮润滑状态预测方法

说明书

本发明的目的在于提供一种考虑三维表面加工粗糙度的柴油机正时齿轮润滑状态预测方法，通过建立考虑真实三维表面加工粗糙度、啮合过程中瞬态几何特征、运动学性能及载荷分配的齿轮润滑状态预测方法，实现不同粗糙度加工工艺及不同工况下齿轮的润滑状态预测，并能够分析结构特征参数对齿轮动态接触特性和润滑性能的影响规律，可为柴油机正时齿轮加工工艺选择及结构性能优化提供理论依据。本发明预测模型中计入了真实三维表面加工粗糙度、正时齿轮瞬态啮合几何、瞬态运动特性及瞬态分配载荷等影响因素，润滑状态预测精度高，并且能够从摩擦学角度指导齿轮结构优化设计。

技术领域

本发明涉及的是一种柴油机性能预测方法，具体地说是柴油机正时齿轮预测方法。

背景技术

正时齿轮是船用柴油机运转的核心传动部件，其润滑性能的好坏将极大地影响着柴油机运行过程的可靠性和高效性。重载及高变负载工况常常导致齿轮工作于润滑-接触并存的混合润滑恶劣环境中，尤其是三维真实表面粗糙度的存在，会导致齿轮界面发生局部粗糙峰接触和应力集中，进一步诱发齿轮磨损失效问题，而这种早期异常失效形式具有隐蔽性强、诊断难度大特点，早期不易发觉。因此，发展一种船舶柴油机正时齿轮副润滑状态的先进预测方法是准确分析齿轮磨损机理的重要前提条件。

传统直齿轮线接触润滑模型中，考虑到齿面接触区域长度通常远大于接触宽度，常用的解决办法是将其简化为二维模型。这种简化可能更适合于光滑表面，当在齿轮润滑模型中加入实际的三维加工粗糙度时，二维模型很难描述粗糙度对润滑性能局部分布细节的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供可以克服柴油机正时齿轮磨损准确预测难题的一种考虑三维表面加工粗糙度的柴油机正时齿轮润滑状态预测方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种考虑三维表面加工粗糙度的柴油机正时齿轮润滑状态预测方法，其特征是：

(1)正时齿轮副的动态接触载荷

当直齿圆柱齿轮做匀速转动时，一个啮合周期内单、双齿交替啮合，轮齿上传递的载荷发生突变，采用下式的直齿圆柱齿轮线接触标准载荷分配模型：

式中，w₀为稳态载荷，w为随时间变化的传递动态载荷；

(2)正时齿轮副的动态接曲率

柴油机正时齿轮副的两齿轮的转动角速度分别为ω₁和ω₂，基圆半径分别为R_b1和R_b2，齿根圆半径分别为R_l1和R_l2，齿根圆半径分别为R_h1和R_h2，啮合点的综合曲率半径R为两接触圆柱啮合点处R₁和R₂的当量曲率半径，等效半径计算为：

式中，齿轮分度圆压力角为s为啮合点距离节点的距离，

s(t)＝ω₂R_b2(t-t₀)

式中，R_h2为齿顶圆直径，t₀为啮入点到节点的时间；

(3)正时齿轮副的动态速度

柴油机正时齿轮副的两轮齿面在啮合点处的运动速度等效为两个圆柱体之间的运动速度：