齿轮瞬态温度场的仿真分析.pdf

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1、第39卷第2期2013年4月航空发动机AeroengineV01．39No．2Apr．2013齿轮瞬态温度场的仿真分析孙志礼，王宇宁，印明昂，杨丽，杨强(东北大学机械工程与自动化学院，沈阳110189)摘要：以直齿圆柱齿轮为研究对象，基于能量守恒定律和傅立叶定律推导了齿轮瞬态温度场的导热微分方程，根据定解条件确定了齿轮各个界面边界条件，运用有限元方法和传热学理论建立直齿圆柱齿轮模型，加载边界条件，并对其瞬态温度场进行仿真，得到了不同周期的温度场分布和节点温度变化曲线，系统地分析了其温度场随时间的变化。结果表明：温度随着啮合周期的增多而增高；在啮合阶段节点温度有一急剧升高，在退出啮合后进

2、入非啮合阶段，温度逐渐降低；啮合阶段温升大于非啮合阶段温度的下降，该节点温度总体趋势升高。分析结果符合实际，为齿轮的热分析奠定了坚实的基础。关键词：齿轮传动；温度场；边界条件；瞬态；节点温度孙志礼(1957)，男，教授，博士生导师，东北大学机械基础教学与研究中心SimulationAnalysisofGearTransientTemperatureField主任，研究方向为机械设计及理论研究。SUNZhi—h，WANGYu—ning，YINMing—ang，YANGLi，YANGQiang基金项目：航空科学基金(20110450002)(CollegesofMechanicEngine

3、eringandAutomation,NortheasternUniversity，资助Shenyang110189，China)收稿日期：2013—01—16Abstract：Takingthespurgearasresearchobject，theheatconductiondifferentialequationofgeartransienttemperaturefieldwasderivedbasedOfflawofconservationofenergyandFourier'slaw．Eachinterfaceboundaryconditionofgearwasidentif

4、iedaccordingtotheboundaryconditions．Thespurgearmodelswereestablished．theboundaryconditionswereloadedandthetransienttemperaturefieldswassimulatedbasedonthefiniteelementmethodandtheheattransfertheory．Thetemperaturedistributionindifferentperiodsandthenodetemperaturechangecurvewereobtained．Thetemper

5、aturefieldschangeswithtimewereanalyzedsystematically．Theresultsshowthatthetemperatureincreaseswithmeshcycle．Anodetemperaturerisesharplyinthemeshingstage．Thetemperatureisgraduallyreducedfromoutofmeshtothemeshingstage．Themeshingstagetemperatureriseisgreaterthannonmeshingstagetemperaturedropandthen

6、odetemperatureriseingeneral．Theanalysisresultsaremorepracticalandlayasolidfoundationforthethermalanalysisofthegear．Keywords：geardrive；temperaturefield；boundaryconditions；transient；nodetemperature0引言齿轮传动具有传动平稳、高效，结构紧凑等优点，被广泛应用到制造、交通运输、冶金、化工、制药以及航空航天等各个领域，以高速、质载和轻质量为特征的航空齿轮传动更是占据着越来越重要的地位。航空齿轮在传动过

7、程中会产生大量的热，并且会形成不均匀的温度场，其温度场的分布情况对齿轮系统的传动效率、动态性能以及承载能力等具有重要的影响，并且温度场对于传动系统的工作强度、动力性能、抗胶合能力、热变形等问题也都具有重要影响

8、11。国内外很多学者对齿轮温度场的进行了理论、实验研究和仿真分析。刘志全等哆采用热网络法分别研究了军用直升机齿轮传动系统的瞬态温度场的分布规律。WangKL和ChengHSt31研究了齿轮啮合瞬时的闪现温度，分析了齿轮闪现温度和本体温度的