Page 42 - 《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 331

动速度均呈现出衰减振荡的变化趋势，在单双齿啮合 0.95
0 mT
的交替点(图6所示的B、D两点)，动态传递误差和齿轮 0.90 15 mT
25 mT
0.85
副振动速度均存在跃变，这是由单双齿啮合交替所导 0.80 35 mT
45 mT
致的综合刚度的跃变而引起的. 与单齿啮合区相比， 0.75
在双齿啮合区内，动态传递误差和齿轮副振动速度的 Central oil film pressure, P c /Pa 0.70
波动值较小，齿轮传动的平稳性更好. 这是因为在双 0.65
齿啮合区内，两对齿同时承载，综合刚度大，因而动态 0.60
0.55
传递误差和齿轮副振动速度较小.
0.50
从图7中可以看出，随着外磁场磁感应强度的逐 −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8
S/mm
渐增加，动态传递误差和齿轮副振动速度的波动值呈
Fig. 9 The central oil film pressure
现出逐渐减小的趋势，当磁感应强度达到35 mT时，若 图 9 中心油膜压力曲线
继续增大磁感应强度，动态传递误差和齿轮副振动速
度的变化不明显. 这表明适当增加磁场强度并使磁性 0.9
颗粒达到其饱和磁化强度，可以改善齿轮传动的稳定性. 0.8
图8所示为基于动力学模型所求解的齿轮系统的
动载荷谱，它反映了轮齿间动态啮合力的变化. 横坐 0.7
标S表示啮合点到节点的距离，S=0为节点的位置. 在 Central oil film thickness, h c /µm 0.6
啮入点(A点)和单双齿啮合的临界点(B、D点)，存在明 0 mT
15 mT
显的啮入冲击和换齿冲击. 随着外磁场磁感应强度的 0.5 25 mT
35 mT
增大，动载荷的幅值减小并且趋于稳定的速度加快， 45 mT
0.4
啮入冲击和换齿冲击得到改善. −8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8
S/mm

180 Fig. 10 The central oil film thickness

0 mT Single tooth 图 10 中心油膜厚度曲线
160 15 mT B+ meshing zone D- 弱的振荡，其振幅随着啮合点的推移逐渐减小. 磁感
25 mT
Dynamic load, F p /(kN/m) 120 A Double tooth C Double tooth 应强度的增大不仅会增大中心油膜厚度，还使其振幅
35 mT
140
45 mT
meshing zone
meshing zone
减小，趋于稳定的速度加快. 根据Cruz等 的研究，油
[11]
100
80
生噪声. 因此，适当增大外磁场磁感应强度并使磁性
60 B- D+ E 膜压力和油膜厚度的振荡能够加剧齿轮的振动并产
40 颗粒达到其饱和磁化强度，可以在一定程度上抑制齿
−8 −6 −4 −2 0 2 4 6 8
S/mm 轮系统振动和噪声的产生.
Fig. 8 The dynamic load spectrum of the gear system 图11为齿轮啮出点的瞬态温升分布图. 随着磁场
图 8 齿轮系统的动载荷谱 强度的增加，中心油膜厚度增加，同时，根据式(19)可

4.4 润滑特性分析 知，磁性颗粒的存在增加了磁流体热传导系数，油膜
图9所示为中心油膜压力曲线. 受动载荷的影响， 的温升降低.

中心油膜压力也呈现出明显的衰减振荡的变化趋势.
5 结论
随着外磁场磁感应强度的增大，油膜压力减小且趋于
稳定的速度加快. a. 外磁场作用下，随着磁感应强度的增大，磁流
图10为中心油膜厚度曲线. 磁感应强度的增大使 体的黏度和油膜刚度先增大；当磁流体中的磁性颗粒
磁流体的黏度先增大后趋于稳定. 因此，随着磁感应 达到其饱和磁化强度后，磁流体的黏度和油膜刚度趋
强度的增大，中心油膜厚度先增大；当磁感应强度达 于稳定.
到35 mT时，继续增大磁感应强度，中心油膜厚度的变 b. 外磁场作用下，适当增大磁感应强度可以改善
化并不明显. 动载荷作用下，中心油膜厚度会产生微 齿轮系统的传动的稳定性，减小动态传递误差和齿轮