Page 40 - 《摩擦学学报》2021年第3期

第 3 期 菅光霄, 等: 齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究 329

表 1 齿轮传动和润滑的基本参数
Table 1 Basic parameters of gear transmission and lubrication

Parameters Specification
Viscosity for base carrier fluid under ambient pressure, η 0 /(pa.s) 0.08
2 −8
Pressure-viscosity coefficient, α/(m /N) 2.19×10
3
Density for base carrier fluid under ambient pressure, ρ 0 /(kg/m ) 870
25/39
Tooth number, z p /z g
Module, m/mm 2
Tooth width, B 0 /mm 20
Pressure angle, α 20°
*
Addendum coefficient, h a 1.0
Elastic module of gear, E/GPa 210
Poisson's ratio, μ 0.3
Heat conduction coefficient of gear, k p /k g /[W/(m·K)] 46
3
Density of gear, ρ p /ρ g /(kg/m ) 7 850
Specific heat capacity of gear, c p /c g /[J/(kg·K)] 470
Specific heat capacity of ferrofluid, c/[J/(kg·K)] 2 240
Heat conduction coefficient of ferrofluid, k/[W/(m·K)] 0.22
Rotating speed of the pinion gear, n 1 /(r/min) 1 200

9.5 10
Single tooth
0 mT meshing zone
Oil film stiffness, k h ×10 −9 /(N/m) 8.5 Oil film stiffness, k h ×10 −9 /(N/m) 7 6 5 meshing zone meshing zone
9
15 mT
9.0
25 mT
35 mT
8
45 mT
Double tooth
8.0
Double tooth

7.5
7.0
6.5 4 3 2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 0 5 10 15 20 25 30
Magnetic field intensity, B/mT Dimensionless time, t

Fig. 4 The oil film stiffness at the pitch point Fig. 5 The time-varying oil film stiffness
图 4 节点处油膜刚度变化曲线 图 5 油膜刚度的时变曲线
45 mT磁场作用下的油膜刚度的时变曲线，所选取的 5.5 A B-
是齿轮啮合的1个周期. 如图5所示，在单齿啮合区内， 5.0 D+ E
由于只有1对齿承载，润滑剂分子间距离小，分子间斥 4.5 meshing zone Double tooth
Double tooth
力大，油膜难以被压缩，因而单对齿啮合时的油膜刚 meshing zone
度远大于双齿啮合时油膜刚度的数值；当磁感应强度 Comprehensive stiffness, k×10 −9 /(N/m) 4.0 Single tooth 0 mT

达到35 mT时，继续增大磁感应强度，油膜刚度的变化 3.5 meshing zone 15 mT
25 mT
不明显. 3.0 B+ C D- 35 mT
45 mT

4.3 动力学特性分析 2.5
0 5 10 15 20 25 30
油膜刚度是齿轮系统动力学与润滑实现联接的 Dimensionless time, t

“桥梁”，由于齿轮啮合刚度与油膜刚度均具有时变 Fig. 6 The time-varying comprehensive stiffness
性，因此，将图5所计算的时变油膜刚度与齿轮啮合刚 图 6 综合刚度的时变曲线
度耦合，得到综合刚度，结果如图6所示. 随着磁感应
图7为基于动力学模型所求解的齿轮系统的振动
强度的增大，综合刚度不断增大，当磁感应强度达到
35 mT时，磁流体中的磁性颗粒已基本达到饱和磁化 特性曲线，主要反映动态传递误差和齿轮副振动速度
强度，此时继续增大磁感应强度，综合刚度的变化很小. 的变化. 从图7中可以看出，动态传递误差和齿轮副振