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考虑齿轮箱油气比影响的人字齿轮齿面摩擦性能研究

人字齿轮因其承载能力高、重合度高、工作平稳和轴向自平衡等优点被广泛应用于航空和船舶等领域。人字齿轮箱中齿轮的高速旋转使密闭齿轮箱内形成油气混合物并产生高速风阻损失，油气混合相的油气比会对风阻损失和齿轮传递效率等产生影响，因此需要研究齿轮箱中油气比对于齿轮摩擦性能的影响。本文以一对人字齿轮为研究对象，建立了齿面接触参数计算模型，获得了斜齿轮在啮合过程中的啮合参数和载荷；基于Ree-Eyring非牛顿流体分析模型和油膜与粗糙峰承载理论，建立了高速重载工况下的齿面混合热弹流润滑分析模型，计算获得了不同工况下的齿面油膜厚度和平均摩擦系数；建立了齿轮箱流场仿真模型，基于Fluent软件开展流场仿真，并使用动网格技术、VOF模型和Realizable k-ε模型模拟齿轮的旋转和齿轮箱内部的气液两相流场，得出齿轮箱内部的油液分布和油气比；基于人字齿轮摩擦性能测试台，建立了考虑油气比影响的人字齿轮齿面摩擦性能测试计算模型，通过测试输入扭矩、输出扭矩、输入功率、转速和油气比等参数，基于齿轮传动中的功耗损失获得齿面平均摩擦系数，并分析了齿轮箱内油气比对齿面平均摩擦系数的影响，然后对比了计算获得的齿面平均摩擦系数理论值和试验值，最大误差不超过10%，一致性良好。