基于KiSSsoft的圆柱斜齿轮侧隙对润滑油膜的影响研究

许煜

摘 要：以圆柱斜齿轮为研究对象，通过对齿轮端面侧隙和齿面最小油膜厚度的分析，建立齿轮端面侧隙和最小油膜厚度的关系式，以解方程的形式寻找最佳油膜厚度下的齿轮端面侧隙， 并以实例说明分析齿轮侧隙对节点油膜厚度的影响规律，为基于齿面最小油膜厚度的齿轮侧隙选取提供了一种方法。

关键词：齿轮侧隙;最小油膜厚度;KISSsoft

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.011

0 引言

良好的润滑状态是齿轮具备良好寿命的必要条件，它是防止齿轮点蚀胶合的有效手段。在实际齿轮传动中，因润滑的三种状态中以弹性流体动力润滑的齿面存在完整地润滑油膜而成为最理想的润滑状态。润滑时，整个齿面任意点的油膜厚度取决于齿轮对的润滑方式、所在位置点的曲率半径、润滑油的动力黏度、齿轮对的旋转速度、齿轮基本参数及受力状态等。润滑油膜不仅影响齿轮寿命，还影响啮合刚度[1]，影响传动质量[2]。目前有很多关于润滑的研究，例如庄玉娟针对表面粗糙度对润滑的影响采用平均流动模型建立方程式进行的研究[3]，王优强，卞荣详细揭示了表面粗糙度通过引起齿面瞬间润滑压力增加，引起温升的变化从而引起最小油膜的变化规律[4]，孙健对不同工作条件下给出了齿轮的最佳润滑方法[5]，樊战亭，王成详细阐述了各齿轮基本参数跟最小油膜厚度的变化规律[6]，还有黄靖龙，缪协兴等针对某一具体齿轮基本参数如压力角的变化对润滑油膜的影响研究[7]等等。而目前很少有关齿轮侧隙对润滑油膜厚度的影响研究。齿轮侧隙由齿轮基本参数、精度决定，不直接决定齿轮的润滑情况，但侧隙大小的选择会影响齿面的润滑状态。本文通过对齿轮侧隙和齿面节点最小油膜厚度的分析，以两者共有的齿轮基本参数螺旋角为传递媒介，建立齿轮侧隙跟最小油膜厚度的关系，通过KISSsoft软件对实例的计算分析，探寻齿轮侧隙对最小油膜厚度的影响规律及解决办法。

1 齿轮侧隙的计算

在实际齿轮啮合中，齿轮无侧隙啮合只存在于理论研究中，实际传动中的无侧隙不仅会加大传动噪音振动，还会因为齿面无法形成合理油膜而降低寿命，但也不是侧隙越大越利于齿面油膜的形成。在实际应用中齿轮侧隙一般被设定为一个范围值，在静态条件下，它取决于齿轮实效厚度偏差和中心距实效变动偏差等，一般是在齿轮对安装好后采用压铅丝、塞规或其它的方法来检测以获取真实的侧隙值。

保持中心距误差js7不变，取大小齿轮的齿厚偏差相同，通过变化大小轮的齿厚偏差来获取齿轮对的法向侧隙，再通过法向侧隙计算出端面侧隙，通过端面侧隙计算润滑油膜厚度，其齿轮具体偏差变化使用按以下表2数值齿厚偏差变化使用，同时通过KISSsoft软件运行计算，各组侧隙计算结果整理如下表2所示。

在节线上的油膜厚度变化可知侧隙和最小油膜厚度如下表2所示，向KISSsoft软件中同时输入表1中的齿轮基本参数，取表2中的各组侧隙值计算，其节线上的油膜分布状态如下各图所示。

从上图1中组1到组10的节线上油膜厚度的变化曲线可以看出，10组的油膜厚度除了整体上数值有所变化，其曲线形状即变化趋势基本一致，在同一侧隙条件下基本上是啮入部分最薄，然后厚度逐渐增加，中间油膜最厚，增至某一高点后就递减，直至啮出部分的油膜变薄，比啮入部分稍厚。为了更直观的体现侧隙变化对油膜厚度变化的影响，综合表2，整理最小侧隙与最小油膜厚度的数值如表3所示。

根据表3的计算后的整理结果，数据处理后以最小端面侧隙为横坐标，最小油膜厚度为纵坐标，展示其两者的关系如下图2所示。

从图2中可以看出，齿轮的最小油膜厚度不单纯的随着端面侧隙的增加而增加，或者减少而减少，而是在某些点出现拐点，该对齿轮在端面侧隙0.055mm和0.26mm处出现两个波峰，但是在0.055mm处出现的齿面最小油膜厚度比0.26mm处的最小油膜厚度要大上许多，因此，基于最小油膜厚度的考虑，0.055mm为该对齿轮最为合理的端面侧隙。

5 结论

本文通过研究齿轮侧隙及齿面油膜厚度，以螺旋角为传递媒介，通过研究齿轮端面侧隙和齿面最小油膜厚度的关系，运用KISSsoft软件以实例计算并分析得知：

（1）齒轮整个节线上的油膜厚度分布状态呈现啮入啮出部分比较薄，中间厚的趋势，齿轮侧隙的变化对齿轮节点上的油膜厚度分布状态没有影响。

（2）齿轮节点处的最小油膜厚度随着端面侧隙的增加先增加而后降低，其厚度值在某一侧隙值时达到峰值，其峰值及其所对应的端面侧隙的获取可通过建立方程式求极值的方法，为设计齿轮端面侧隙提供了一种具体可行的办法。

参考文献：

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[3]庄玉娟.考虑粗糙表面特征等温弹流渐开线直齿齿轮的数值分析[J].中国制造业信息化，2006，35（23）：88-96.

[4]王优强，卞荣.连续波状粗糙度对直齿轮热弹流润滑的影响[J].机械工程学报，2009，45（08）：112-118.

[5]孙健.齿轮在不同工作条件下的润滑状态[J].江苏石油化工学院学报，2001，13（03）：47-49.

[6]樊战亭，王成.基于最小油膜厚度的齿轮基本参数选择[J].机械制造，2006，46（526）：36-38.

[7]黄靖龙，缪协兴，罗善明等.齿轮压力角对润滑油膜厚度的影响[J].润滑与密封，2006，5（177）：25-26.

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