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单词 传动摩擦学和传动摩擦学设计
释义

【传动摩擦学和传动摩擦学设计】
 

拼译:transmissiion tribology and transmission tribology design
 

传动摩擦学是机械传动摩擦学的简称,它属于机械工程学的两个重要学科方向——机械传动学和摩擦学的交叉领域。将机械传动学和摩擦学有机结合,研究机械的运动传输、动力传递过程中及机械传动系统中摩擦表面的作用、变化和损伤理论。建立以大型机械传动装置为对象的现代润滑理论,建立与摩擦副的表面形貌、相对运动和润滑油品有关的润滑控制理论,进行旨在创造具有高耐磨、高润滑性能的新型传动为目标的传动摩擦学设计,这就是传动摩擦学的研究内容。特别强调几个方面:

(1)探索在变曲率接触、非稳态热弹流状态下的低速重载齿轮、蜗轮齿面复杂润滑理论问题的新解决途径。在探索中建立以大型机械传动装置为对象的现代润滑理论;(2)在空间啮合理论指导下,通过有意识地改变传动接触面的表面形貌、相对运动关系和调整润滑油品,施行对齿面间的油膜厚度、润滑油压力和流向的设计与控制,建立润滑控制理论;(3)进行在摩擦学指导下的传动机构的工作面设计,尤其是进行以优良的润滑性能为目标函数优化传动副啮合几何参数的反设计,进行以减摩擦、高承载、抗磨损为目标的润滑介质成分设计和接触副界面成分设计(这些内容构成了传动摩擦学设计的主要内容);(4)在啮合理论的指导下,研究传动接触面的热效应及散热对策。

摩擦学这一科学术语的提出,始于20世纪70年代。将机械传动学和摩擦学相互耦合,发展两者间的交叉领域,是摩擦学在机械传动领域内取得重大发展的一个突破口,这是提出传动摩擦学的根本原因。另外,解决机械传动装置的润滑及磨损寿命问题,是降低能耗、延长使用寿命的基础和关键措施,也就是说,机械传动学的自身发展迫切需要摩擦学的介入,这是提出传动摩擦学的另一个重要原因。再有,机械传动,尤其是齿轮传动的接触面是必须考虑接触变形的三维空间的复杂共轭啮合曲面,其接触几何形态是不断变化的,因此,对其工作界面的润滑性能优化设计是极为困难、复杂和重要的工作,需要摩擦学和机械传动学耦合才能攻关,这是提出传动摩擦学的技术性的原因。

值得指出的是,传动摩擦学研究并不是简单的将机械传动学和摩擦学叠加在一起。传动摩擦学研究的特点是:以传动机械(尤其是现代大型机械装备的传动部件)为对象,以传动副在最优化、最可靠状态下进行工作为目的。因此,传动摩擦学强调传动机构在设计阶段就应考虑与摩擦学有关的种种问题,而不仅仅是在传动机构出问题时才求助于摩擦学。

传动摩擦学这一学术思想的提出,引起了世界学者的极大关注,并得到了大力的支持。近几年来我们开展了传动摩擦学的理论研究和实验研究,特别在传动摩擦学设计上进行了初步的尝试,取得了一些阶段性成果,有的已在国内外申请专利,有的正向大型企业推广应用。下面列出以传动副具有优良润滑状态的目的,进行初步传动摩擦学设计的几种方法及研究成果。

(1)实验设计法:通过大量的实机实验和基础实验,以形成良好的润滑油膜,获得高传动效率和低损耗为目标,优化齿形参数,并以制作简单,便于安装、维修为原则,研究开发了针轮弧面蜗杆传动。这种传动装置得到了较大的重视。

(2)优选参数设计法:动力传递用的蜗杆传动的种类,大约分为圆柱蜗杆传动和弧面蜗杆传动两种形式。众所周知,在啮合性能、润滑性能及承载能力等方面,弧面蜗杆传动远比圆柱蜗杆传动优越。在弧面蜗杆传动中,曲面(平面、圆柱面、球面)二次包络弧面蜗杆传动表现出更为优良的润滑性能和承载能力。韦云隆曾在论文中就其高性能的原因做了初步的阐述:认为在二次包络型的弧面蜗杆传动的齿面间,接触线呈抛物状,存在着半封闭油腔。在啮合传动过程中半封闭油腔体积快速减小,产生了润滑油的“挤压效应”,这是二次包络弧面传动具有高润滑性能的原因之一。为了评价上述的“挤压效应”,评价包络蜗杆传动的承载能力以及对该种传动的润滑设计,引入了“容积变化率”概念。一对蜗轮副的几何参数,相对位置参数和运动参数一旦决定,齿面间被接触围成的半封闭空间的容积Q则是单参数时间(t)的函数。显然,容积变化率(dQ/dt)的大小是可以用来评价“挤压效应”的,因此利用容积变化率就可对以上参数进行优化设计。通过对参数的选择来比较油腔容积和容积变化率,从而把润滑效果和齿形设计直接联系起来,这就是一种润滑设计方法,在这里称作优选参数润滑设计法。

(3)润滑控制设计法:迄今为止,齿轮传动装置的润滑油系统都未包括齿面间润滑状态的控制问题。固然,润滑效果与润滑油性能、供油方式、供油量等有关,但更重要的是与齿面间实际的润滑状态有关,因此如何控制齿面间的润滑状态就显得更为重要。最近提出的几种能控制齿面间润滑状态的新型传动装置(已申请了国内外专利),其原理是:让齿面间产生“油泵”效应,利用齿面接触斑的形状、分布、长短等因数来控制“油泵”的效果,从而实现对齿面的润滑控制,因此润滑效果的控制也就通过齿形设计来实现。这种方法就是所指的润滑控制设计法,润滑状态的控制问题实际上就成了接触线或接触斑的控制问题。

以上的几种润滑设计方法,都离不开机械传动学的齿形几何设计,这也正是被称作传动摩擦学设计的原因。目前,从总体上讲,传动摩擦学还处于萌芽状态,需要大力扶持和发展,但就其初步研究成果来看,已向人们展示了美好的发展前景。

【参考文献】:

1 Wei Yunlong,et al.Testuya OIZUMlJSMEInternationanl Journal Series Ⅲ 1988;33(2)

2 Wei Yunlong,Kato M.International Conference on Gearing,1988,1(B):163

3 韦云隆.日本机械学会东北支部特别讲演.仙台市:1990

4 韦云隆,加藤,高津.日本机械学会第68期全国大会论文集,1990,990(59):75~77

5 韦云隆,加藤,曹兴进.日本机械学会第68期全国大会论文集,1990,990(59):78~81

6 韦云隆,等.日本机械学会第68期通常总会论文集,1991,C:140~142

7 Wei Yunlong,Kato M.MPT'91 International Conference on Motion and Power Transmissions Hiroshima,Japan,1991,11

(重庆大学机械传动国家重点实验室韦云隆撰)

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