5 基本公式
5.1 接觸溫度
在引言中已經敘述過,接觸溫度是接觸面的本體溫度ΘMi(見5.4)和閃溫Θfl(見5.2)之和。
ΘB=ΘMi+Θfl……………………………………(1)
閃溫溫度沿接觸軌跡的變化見圖2。
最大接觸溫度為:
ΘBmax=ΘMi+Θflmax……………………………………(2)
式中:
Θflmax——Θfl的最大值,它不是位于嚙入軌跡上就是位于嚙出軌跡上。
膠合的可能性可通過計算最大接觸溫度和其臨界值的比較進行預測。接觸溫度的臨界值可通過齒輪膠合實驗確定,或通過使用現(xiàn)場的調查研究確定。
a 在嚙合線上的位置
圖2沿接觸軌跡的接觸溫度
對于膠合危險性的可靠評價,重要的是在分析中,要使用齒輪本體溫度的精確值。
5.2閃溫公式
對于(近似)帶狀接觸區(qū)和不同方向的切向速度(如準雙曲面齒輪),布洛克閃溫公式[12][14][16][32]最常用的表達式見附錄A,即:
對于具有帶狀接觸區(qū)和切向速度平行的圓柱齒輪和錐齒輪,常用的表達式見附錄A,即:
或用等效表達式:
式中:
μm——平均磨擦因數(shù)(見第6章);
XM——熱彈系數(shù)(見附錄A),對于常用鋼:XM=50K·N-3/4·S1/2·m-1/2·mm;
XJ——嚙入系數(shù)(見第8章);
Xг——載荷分擔系數(shù)(見第9章);
wBt——端面單位載荷(見5.3),單位為牛每毫米(N/mm);
n1——小輪轉速,單位為轉每分(rimin);
ρyrel——局部相對曲率半徑,單位為毫米(mm);
ρy1——小輪齒廓局部曲率半徑,單位為毫米(mm);
對圓柱齒輪:
ρy2——小輪齒廓局部曲率半徑,單位為毫米(mm);
對圓柱齒輪:
對于錐齒輪,ρy1和ρy2見式(37)和式(38)。
對于Θn更適用的表達形式,見附錄A。
兩個佩克萊特數(shù)必須足夠高,以使它能滿足幾乎所有可能發(fā)生膠合的情況。當佩克萊特數(shù)較低時,熱量從接觸帶區(qū)流向整個輪齒,引起不同的溫度分布,此時式(3)和式(6)無效。
式中:
ρM1——小輪材料的密度,單位為千克每立方米(kg/m3);
ρM2——大輪材料的密度,單位為千克每立方米(kg/m3);
CM1——小輪單位質量的比熱,單位為焦耳每千克開爾文[J/(kg·K)];
CM2——大輪單位質量的比熱,單位為焦耳每千克開爾文[J/(kg·K)];
λM1——小輪的熱導率,單位為千每秒開爾文[N/(S·K)];
λM2——大輪的熱導率,單位為千每秒開爾文[N/(S·K)];
對于圓柱齒輪和錐齒輪sinγ1= sinγ2=1.
5.3 端面單位載荷
圓柱齒輪端面單位載荷:
錐齒輪端面單位載荷:
式中:
Ft——節(jié)圓上的名義切向力,單位為牛(N);
b——齒寬,單位為毫米(mm);
beff=0.85b……………………………………(13)
KA——使用系數(shù)(對于圓柱齒輪,見GB/T3480,對于錐齒輪,見GB/T10062.1);
KV——動載系數(shù)(對于圓柱齒輪,見GB/T3480,對于錐齒輪,見GB/T10062.1);
KBβ——膠合承載能力計算的齒向載荷分布系數(shù);
KBβ= KHβ………………………………………(14)
圓柱齒輪和錐齒輪的KHβ分別見GB/T3480和GB/T10062.1);
KBa——膠合承載能力計算的齒間載荷分配系數(shù);
KBa= KHa…………………………………………(15)
圓柱齒輪和錐齒輪的KHa分別見GB/T3480和GB/T10062.1);
Kmp——分支系數(shù)。
分支系數(shù)Kmp是考慮多分支傳動時,每個分支上載荷分配不均勻的系數(shù)。如果沒有可靠的分析數(shù)據可用時,可用下列方法確定:
——對于具有np(np3)個行星齒輪的行星齒輪傳動:
——對于在滿載下,齒輪空心軸扭轉角為Φ(°)的雙聯(lián)齒輪:
Kmp =1+(0.2/Φ) …………………………………………(17)
——對于外加軸向力為Fex的雙斜齒輪:
——對于其他情況:
Kmp =1……………………………………………(19)
5.4 本體溫度的分布
齒輪傳動最主要的磨擦損失是輪齒嚙合區(qū)的磨擦損失。其損失形式主要由于輪齒的磨擦而產生熱量。由于多余的供油側面排放消耗的機械“泵”能,有時不能忽略。由軸承(滾動軸承或滑動軸承)產生的損失是另一種不可避免的磨擦損失。對于高速齒輪傳動,滑動軸承產生的熱量可能比齒輪嚙合產生的熱量大得多。另一些熱源是攪油和油封的磨擦。所有以上熱源有下列共同特點:
——對于每種熱源,流體的磨擦取決于各自動轉條件下的潤滑油黏度;
——所有熱源的熱量是相互聯(lián)系的,通過傳動元件到散熱裝置,如周圍的空氣或冷卻系統(tǒng)。
熱量的相互聯(lián)系可用下列計算方法:
——離散組元的有限元法;
——擴散圖法;
——熱網絡類比法[18]。
接觸面的本體溫度ΘMi可能適當?shù)厝蓚相接觸輪齒的整體本體溫度ΘM1和ΘM2的平均值。
下式為較精確的近似公式(在佩克萊特數(shù)較高時):
當
的比值在一個相當廣的范圍內時,可用簡單的數(shù)學平均式來近似計算:
當閃溫長期超過150℃時,可能對齒面疲勞有不利的影響。
5.5本體溫度的粗略近似
為了粗略地研究本體溫度,可用油溫(要考慮噴油潤滑對熱傳遞帶來的一些阻礙因素)加上決定閃溫溫度的那一部分取最大值之和來估算。
ΘM=Θoil+0.47Xs·Xmp·Θflm……………………………………(22)
式中:
對于噴油潤滑:Xs =1.2;
對于油浴潤滑:Xs =1;
對于具有附加噴油潤滑冷卻的嚙合:Xs =1.0;
對于為提供足夠的冷卻而將齒輪浸沒在油中時:Xs =0.2;
對于一個小輪與np個大輪嚙合:
Θflm——沿接觸軌跡的平均閃溫,單位為攝氏度(℃)
然而,為了可靠地評價膠合的危險性,重要的是在分析中,要用齒輪本體溫度的精確值來替代粗略的近似值。