Page 37 - 《摩擦学学报》2021年第3期

326 摩 擦 学 学 报 第 41 卷

命. 近年来，国内外学者在磁流体技术与应用方面开 磁流体润滑模型，在进行润滑理论的研究时，将润滑
展了大量卓有成效的工作，取得了不错的研究成果. 模型与齿轮的动力学模型相结合，进行齿轮磁流体润
[1]
Shah等 分析了颗粒旋转、各向异性磁导率和滑移速 滑与动力学的耦合研究，分析齿面的润滑特性以及磁
度对多孔渗透挤压薄膜轴承承载能力和中心压力位 流体润滑对渐开线直齿轮动载荷分布的影响.

置的影响，并运用Neuringer-Rosensweig、Jenkins 和
1 齿轮动力学模型
Shliomis三种模型，在均匀和非均匀磁场下进行了长
轴颈轴承挤压膜特性的对比研究，发现非均匀磁场比 考虑齿轮时变啮合刚度的影响，建立齿轮动力学
[2]
均匀磁场能产生更大的承载力. Osman等 以非牛顿 模型，该模型仅考虑直齿圆柱齿轮的扭转振动. 如图1
流体研究了磁流体润滑轴承的动静态特性，探讨了磁 所示，其中y轴沿啮合线方向. 图中I 、I ；θ 、θ ；T 、
g
p
p
g
p
场参数对磁流体润滑轴承承载能力和摩擦系数等的 T 分别表示主动轮和从动轮的转动惯量、扭转角位移
g
[3]
影响. Vashi等 基于Neuringer-Rosensweig模型，计入 和转矩(下标p和g分别代表主动轮和从动轮). k 和 c m
m
滑移速度、应力偶效应、表面粗糙度和磁场强度的作 分别表示啮合刚度和啮合阻尼. e 为静态传递误差.
t
[4]
用，研究了磁流体挤压膜的性能. Hsu等 的研究表明
适当的表面粗糙度和磁场可以减小摩擦系数，提高磁 θ p T p y
I p
[5] m p
流体润滑轴承的承载能力. Laghrabli等 基于Shliomis
r bp
模型，研究了使用磁流体作为润滑剂的有限长径向滑 O p K
动轴承的静态性能. Shukla等 的研究表明磁性纳米 e t
[6]
颗粒的旋转运动能够改变磁流体的黏度，进而影响其 c m k m
润滑性能. 史修江等 考虑热效应、载荷时变效应、非 r bg
[7]
O g x
牛顿效应、不同基载液及磁场强度的影响，研究了磁
T g
流体润滑滑动轴承的润滑性能.
θ g
在齿轮流体润滑的理论研究方面，部分学者 [8-9] 考 m g I g
虑了表面粗糙度特征对齿面润滑的影响，并对齿轮的 Fig. 1 The dynamic model of spur gears
疲劳寿命进行了预估. 赵晶晶等 [10-11] 基于简化的静载 图 1 齿轮动力学模型

荷模型，分析了冲击载荷作用下磁流体润滑齿轮的膜
在研究过程中，未考虑齿轮的制造和几何误差，
厚和压力分布，但忽略了动载荷的影响. 事实上，多数
而主要考察了齿轮系统的刚度激励作用以及载荷的
关于齿轮瞬态弹流润滑的计算均没有考虑齿轮振动
变化，故认为静态传递误差为零，只存在动态传递误差.
所引起的动载荷及轮齿表面速度波动的影响，而是以
齿轮系统的动态传递误差为
简化的静载荷模型进行计算. 部分学者考虑了振动或
δ(t) = r bp θ p (t)−r bg θ g (t) (1)
[12]
冲击对齿轮润滑的影响，如Xue等 基于齿轮的时变
动态啮合力为
啮合刚度，利用数值模拟的方法，分析了动载荷对油
˙
膜厚度、油膜压力以及油膜温升的影响. 邹玉静等 [13] F p = kδ(t)+c m δ(t) (2)
基于载荷分担理论与动力学理论，对渐开线直齿轮的 由齿轮系统的动力学模型，建立其动力学微分方
弹流润滑特性与动力学特性进行了耦合研究. Cruz等 [14] 程 为
[18]
基于摩擦动力学模型，进行了多轴齿轮传动系统的瞬 { ¨ ˙
I p θ p +r bp c m δ+r bp kδ = T p
态热混合润滑分析，发现油膜压力及油膜厚度的振荡 ¨ ˙ (3)
I g θ g +r bg c m δ+r bg kδ = −T g
能够加剧齿轮振动及噪声的产生. 苑士华等 [15-17] 综合
式中：k为综合刚度，是齿轮啮合刚度与油膜刚度的耦
考虑油膜润滑和齿面摩擦效应，基于载荷分担理论建
合值.
立齿轮系统动力学模型，研究了不同转速对渐开线齿
√
2 2
轮动载荷的影响. k m r r I p I g
bp bg
c m = 2ζ (4)
2 2
对于磁流体润滑的齿轮，磁流体黏度受外加磁场 r I p +r I g
bp
bg
[19]
的影响. 磁流体黏度的变化会改变齿面润滑效果及轮 式中： ζ为阻尼比，根据K L WANG等 的研究， ζ的值
齿间的动载荷分布. 综上所述，本文作者建立齿轮的 一般为0.03~0.17，本文中取值 ζ=0.1.