不同基载液齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究

任丰兰; 魏坤; 菅光霄; 王优强

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2022.12.007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

不同基载液齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究

理论研究 | 更新时间：2023-01-06

- 不同基载液齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究
- Coupling Research on Lubrication and Gear Dynamics Under Different-carrier Ferrofluids
- 机械传动 2022年46卷第12期页码：45-52
- 作者机构：
  
  1.常德职业技术学院机电系，湖南常德 415000
  2.中南大学机电工程学院，湖南长沙 410083
  3.三峡大学机械与动力学院，湖北宜昌 443002
  4.青岛理工大学机械与汽车工程学院，山东青岛 266520
- 作者简介：
  
  任丰兰（1976— ），男，湖南永州人，副教授，硕士；研究方向为机电一体化、先进制造技术。
- 基金信息：
  
  湖南省“十四五”规划项目(ND211005┫国家自然科学基金┣51975324)
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.12.007
  中图分类号：
扫描看全文
任丰兰,魏坤,菅光霄等.不同基载液齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究[J].机械传动,2022,46(12):45-52.

Ren Fenglan,Wei Kun,Jian Guangxiao,et al.Coupling Research on Lubrication and Gear Dynamics Under Different-carrier Ferrofluids[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(12):45-52.
任丰兰,魏坤,菅光霄等.不同基载液齿轮磁流体润滑与动力学耦合研究[J].机械传动,2022,46(12):45-52. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.12.007.

Ren Fenglan,Wei Kun,Jian Guangxiao,et al.Coupling Research on Lubrication and Gear Dynamics Under Different-carrier Ferrofluids[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(12):45-52. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.12.007.

摘要

为了探究不同基载液磁流体对齿轮润滑与动力学的耦合效应，建立齿轮动力学与磁流体润滑耦合模型及油膜刚度模型，基于4阶的Runge-Kutta法、多重网格法和多重网格积分法，分析了不同基载液磁流体对齿面成膜特性及动载荷分布的影响。研究结果表明，改变磁流体基载液，适当增大磁流体黏度，可以改善齿面的成膜特性；其主要体现为轮齿间油膜厚度和油膜刚度的增大以及动载荷下油膜压力和油膜厚度振幅的减小。磁流体的黏度增大时，齿轮系统的综合刚度增大，动态传递误差和齿轮副振动速度减小，动载荷的振幅减小，冲击载荷得到抑制，齿轮系统的动力学特性和NVH（Noise Vibration Harshness）性能得到提高。

Abstract

In order to explore the coupling effect of ferrofluids with different carriers on lubrication and gear dynamics, the dynamic model and the ferrofluid lubrication model of the gear system are established. Based on the fourth order Runge-Kutta method, the multi-grid method and multi-grid integration method, the influence of different-carrier ferrofluids on oil film and the distribution of dynamic loads are analyzed. The results show that the film forming characteristics of tooth surfaces can be improved by changing the magnetic fluid base carrier and increasing the magnetic fluid viscosity appropriately. It is mainly reflected in the increase of oil film thickness and stiffness between gear teeth and the decrease of oil film pressure and amplitude of oil film thickness under dynamic loads. When the viscosity of the magnetic fluid increases, the comprehensive stiffness of the gear system also increases. On the contrary, when the vibration speed of the gear pair and the amplitude of the dynamic loads decreased, the impact loads are eventually suppressed, and the dynamic characteristics and NVH（Noise Vibration Harshness） performance of the gear system are improved consequently.

关键词

磁流体润滑齿轮动力学模型综合刚度动载荷

Keywords

Ferrofluid lubricationGear dynamic modelComprehensive stiffnessDynamic load

references

HUANG W，LIAO S J，WANG X L.Wettability and friction coefficient of micro-magnet arrayed surface［J］.Applied Surface Science，2012，258（7）：3062-3067.

HUANG W，SHEN C，LIAO S J，et al.Study on the ferrofluid lubrication with an external magnetic field［J］.Tribology Letters，2011，41（1）：145-151.

HUANG W，SHEN C，WANG X L.Study on static supporting capacity and tribological performance of ferrofluids［J］.Tribology Transactions，2009，52（5）：717-723.

FRANCESCO S.A numerical approach to finite journal bearings lubricated with ferrofluid［J］.Journal of Tribology，1987，109（1）：77-82.

OSMAN T A，NADA G S，SAFAR Z S.Different magnetic models in the design of hydrodynamic journal bearings lubricated with non-newtonian ferrofluid［J］.Tribology Letters，2003，14（3）：211-223.

史修江.水基磁流体润滑轴承的弹流润滑分析［D］.青岛：青岛理工大学，2013：77-89.

SHI Xiujiang.Elastohydrodynamic lubrication analysis of water-based ferrofluid lubricated journal bearing［D］.Qingdao：Qingdao University of Technology，2013：77-89.

SHAH R C，PATEL D B.Analysis and comparative study of ferrofluid lubricated circular porous squeeze film-bearings［J］.Proceedings of the Institution of Mechanical Engineerings.Part J：Journal of Engineering Tribology，2017，231（11）：1450-1463.

VASHI Y D，PATEL R M，DEHERI G M.Ferrofluid based squeeze film lubrication between rough stepped plates with couple stress effect［J］.Journal of Applied Fluid Mechanics，2018，11（3）：597-612.

池长青.均匀磁场中铁磁流体润滑的平板滑块的性能［J］.北京航空航天大学学报，2001，27（1）：93-96.

CHI Changqing.On performance of ferrofluid-lubricated place slider in uniform magnetic field［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2001，27（1）：93-96.

赵晶晶，王优强.冲击载荷下不同载液磁流体直齿圆柱齿轮的弹流润滑数值分析［J］.机床与液压，2019，47（22）：20-23.

ZHAO Jingjing，WANG Youqiang.Non-steady-state EHL analysis of impact load in involute spur gear under different carrier fluid ferrofluid［J］.Machine Tool & Hydraulics，2019，47（22）：20-23.

ZHAO J J，WANG Y Q，ZHANG P，et al.A newtonian thermal elastohydrodynamic lubrication model for ferrofluid-lubricated involute spur gear pair［J］.Lubrication Science，2020，32（2）：33-45.

薛建华，李威，李启超.基于时变刚度的齿轮系统动载荷及热弹流润滑分析［J］.中南大学学报（自然科学版），2014，45（8）：2603-2609.

XUE Jianhua，LI Wei，LI Qichao.Dynamic load and thermos-elastohydrodynamic lubrication analysis of gear system based on time-varying stiffness［J］.Journal of Central South University（Science and Technology），2014，45（8）：2603-2609.

CRUZ M D，CHONG W W F，TEODORESCU M，et al.Transient mixed thermo-elastohydrodynamic lubrication in multi-speed transmissions［J］.Tribology International，2012（49）：17-29.

邹玉静，常德功.渐开线直齿轮的动力学与弹流润滑分析耦合［J］.航空动力学学报，2016，31（8）：2010-2020.

ZOU Yujing，CHANG Degong.Coupling analysis of dynamics and EHL for spur gears［J］.Journal of Aerospace Power，2016，31（8）：2010-2020.

菅光霄，王优强，罗恒，等.齿轮动力学与弹性流体动力润滑耦合研究［J］.机械传动，2020，44（2）：22-27.

JIAN Guangxiao，WANG Youqiang，LUO Heng，et al.Coupling study of gear dynamics and elastohydrodynamic lubrication［J］.Journal of Mechanical Transmission，2020，44（2）：22-27.

菅光霄，王优强，于晓，等.振动与接触冲击耦合作用下的齿轮的弹流润滑研究［J］.振动与冲击，2020，39（21）：226-232.

JIAN Guangxiao，WANG Youqiang，YU Xiao，et al.Elastohydrodynamic lubrication of gears under coupling of vibration and contact impact［J］.Journal of Vibration and Shock，2020，39（21）：226-232.

菅光霄，王优强，罗恒，等.基于时变啮合刚度的变位齿轮系统热弹流润滑研究［J］.摩擦学学报，2020，40（1）：21-29.

JIAN Guangxiao，WANG Youqiang，LUO Heng，et al.Thermal elastohydrodynamic lubrication of x-gears system based on time-varying meshing stiffness［J］.Tribology，2020，40（1）：21-29.

李润方，王建军.齿轮系统动力学［M］.北京：科学出版社，1997：116-124.

LI Runfang，WANG Jianjun.Gear system dynamics［M］.Beijing：Science Press，1997：116-124.

HUANG X B，YANG B T，WANG Y Q.A nano lubrication solution for high-speed heavy-loaded spur gears and stiffness modelling［J］.Applied Mathematical Modelling，2019，5（6）：623-649.

樊智敏，王明凯，尹兆明.双渐开线齿轮传动的油膜刚度研究［J］.摩擦学学报，2020，40（3）：280-288.

FAN Zhimin，WANG Mingkai，YIN Zhaoming.Film stiffness of double involute gears transmission［J］.Tribology，2020，40（3）：280-288.

雷春丽，李復宏，郭俊锋，等.基于多参数耦合的滚动轴承油膜刚度分析［J］.振动与冲击，2018，37（10）：225-232.

LEI Chunli，LI Fuhong，GUO Junfeng，et al.Analysis on the oil film stiffness of rolling bearings based on multi parameter coupling［J］.Journal of Vibration and Shock，2018，37（10）：225-232.

JIAN G X，WANG Y Q，ZHANG P，et al.Analysis of lubricating performance for involute spur gear under vibration［J］.Lubrication Science，2020，32（7）：344-357.

杨沛然.流体润滑数值分析［M］.北京：国防工业出版社，1998：77-89.

YANG Peiran.Numerical analysis of fluid lubrication［M］.Beijing：National Defense Industry Press，1998：77-89.

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

弹流润滑状态下机床主轴轴承刚度特性分析

变速工况下汽车变速器壳体的动态响应分析