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第1章 航空弧齿锥齿轮摩擦学概述1

1.1 航空弧齿锥齿轮的结构与特点1

1.2 航空弧齿锥齿轮的摩擦与润滑理论综述2

1.2.1 齿轮的润滑理论2

1.2.2 齿轮的摩擦与热理论5

1.3 弧齿锥齿轮的加工制造技术综述8

1.3.1 弧齿锥齿轮的切齿原理8

1.3.2 弧齿锥齿轮的数控加工9

1.3.3 弧齿锥齿轮的性能分析技术9

1.3.4 弧齿锥齿轮加工系统11

1.4 小结12

第2章 航空弧齿锥齿轮在实际工况下的啮合性能13

2.1 弧齿锥齿轮的边缘接触分析13

2.1.1 齿面的点矢函数13

2.1.2 齿顶边缘接触分析17

2.1.3 齿端边缘接触分析20

2.2 弧齿锥齿轮加载接触分析21

2.2.1 弧齿锥齿轮实际接触迹的确定21

2.2.2 弧齿锥齿轮在重载作用下的运动误差23

2.2.3 轮齿间的载荷分配24

2.2.4 弧齿锥齿轮接触点曲率与接触区求取25

2.3 高速弧齿锥齿轮啮合过程的齿面速度分析28

2.4 弧齿锥齿轮轮齿强度分析与计算30

2.4.1 轮齿弯曲强度30

2.4.2 齿面接触强度计算34

2.5 航空弧齿锥齿轮胶合与闪温性能分析36

2.6 航空弧齿锥齿轮动态性能分析39

2.6.1 弧齿锥齿轮动力学模型的建立39

2.6.2 固有频率40

2.6.3 行波共振转速43

2.6.4 动载激振力的DLTCA计算43

2.6.5 行波共振应力46

2.7 小结47

第3章 适合工程计算的航空弧齿锥齿轮弹流润滑数值方法48

3.1 点接触等温弹流润滑的数学模型48

3.1.1 点接触等温弹流润滑数值求解的控制方程48

3.1.2 数值求解中的无量纲化50

3.2 点接触热弹流润滑的数学模型50

3.2.1 热弹流Reynolds方程51

3.2.2 温度对润滑油的影响51

3.2.3 弹流润滑中的热效应与控制方程52

3.2.4 热弹流润滑基本方程的无量纲化53

3.3 适用于重载条件下的点接触弹流润滑数值算法54

3.3.1 点接触弹流润滑数值算法分析54

3.3.2 加权牛顿有限元法55

3.3.3 不同载荷下的弹流润滑计算对比分析59

3.3.4 点接触热弹流润滑计算与分析62

3.4 高速重载弧齿锥齿轮热弹流润滑计算与分析68

3.4.1 弧齿锥齿轮热弹流计算坐标系的建立68

3.4.2 航空弧齿锥齿轮热弹流润滑方程组68

3.4.3 航空弧齿锥齿轮热弹流计算参数确定69

3.4.4 航空弧齿锥齿轮模型参数70

3.5 小结74

第4章 航空弧齿锥齿轮乏油润滑分析76

4.1 弧齿锥齿轮乏油润滑分析76

4.1.1 乏油润滑的判定76

4.1.2 乏油润滑计算模型79

4.1.3 不同乏油程度的油膜特性80

4.2 弧齿锥齿轮短时间断油无损伤润滑分析84

4.2.1 短时间断油的数学模型84

4.2.2 油箱油量对断油润滑温度的影响87

4.2.3 不同断油时间控制点下中心油膜温度87

4.2.4 转速对中心油膜温度的影响88

4.3 航空弧齿锥齿轮无油润滑性能分析88

4.3.1 失油条件下油膜消失时间与温度变化88

4.3.2 无油润滑下齿面摩擦系数的影响因素分析91

4.4 航空弧齿锥齿轮无油润滑下的摩擦传热行为分析96

4.4.1 传热分析模型96

4.4.2 无油润滑运转的传热行为分析99

4.4.3 轮齿温度有限元分析104

4.5 不同润滑油对齿轮温度的影响分析110

4.6 航空弧齿锥齿轮摩擦润滑分析系统112

4.6.1 集成系统开发工具113

4.6.2 分析系统组成113

4.7 小结117

第5章 航空齿轮气液共相润滑分析与设计118

5.1 高速重载齿轮气液多相不完全油雾形成机理118

5.1.1 齿轮喷油润滑下气液多相射流的数学模型118

5.1.2 高速齿轮喷油润滑射流的计算流体动力学建模119

5.1.3 高速航空齿轮对喷油气液多相射流的激荡作用120

5.2 高速航空齿轮机匣内气液共相流体的黏度特性121

5.2.1 不完全油雾在高速运动状态下的黏度特性121

5.2.2 弹流润滑计算中的不完全油雾黏度模型122

5.3 气液共相流体中含气率对润滑状态的影响123

5.4 基于计算流体动力学的航空齿轮喷油润滑时变状态分析126

5.4.1 航空齿轮喷油润滑过程分析126

5.4.2 直齿轮喷油数学模型127

5.4.3 齿轮喷油润滑的计算流体动力学模型127

5.4.4 计算结果与分析128

5.5 喷油润滑参数对气液多相流体状态的影响与设计130

5.5.1 喷油嘴方位参数的定义130

5.5.2 喷油角度计算与分析131

5.5.3 喷油位置计算与分析132

5.6 喷油润滑下航空齿轮的温度分析方法133

5.6.1 喷油润滑下齿轮的对流换热系数133

5.6.2 齿面的对流换热状态分析135

5.6.3 稳态热分析模型136

5.6.4 瞬时闪温与冷却模型136

5.6.5 喷油条件下高速直齿轮的精确动态热计算137

5.7 航空弧齿锥齿轮喷油润滑射流影响因素分析140

5.7.1 入口存在径向速度喷油过程分析141

5.7.2 喷油CFD模型的建立141

5.7.3 喷油嘴入口速度对喷射方向的影响142

5.7.4 喷油嘴长径比对喷射方向的影响144

5.8 高速重载齿轮传动喷油润滑系统的工程化设计147

5.8.1 某型航空机匣供油系统油管和喷嘴的仿真计算147

5.8.2 满足齿轮最高温度要求的喷油润滑供油量设计150

5.9 小结155

第6章 航空弧齿锥齿轮在摩擦与润滑状态下的动力学156

6.1 航空弧齿锥齿轮结构振动建模156

6.1.1 模型概述156

6.1.2 弹性齿轮轴建模157

6.1.3 轴承建模162

6.1.4 轮齿啮合接触建模163

6.1.5 转矩载荷激励167

6.1.6 系统动力学方程167

6.2 航空弧齿锥齿轮啮合摩擦建模168

6.2.1 弹流和乏油润滑摩擦系数169

6.2.2 边界润滑摩擦系数169

6.2.3 无油润滑摩擦系数170

6.2.4 耦合摩擦的系统动力学方程171

6.3 航空弧齿锥齿轮动力学特性分析174

6.3.1 弧齿锥齿轮动力学分析方法174

6.3.2 基本时变参数177

6.3.3 弧齿锥齿轮的响应特性179

6.3.4 航空弧齿锥齿轮耦合摩擦的稳定性183

6.3.5 耦合摩擦的稳态RMS响应184

6.4 小结186

第7章 基于摩擦与润滑的航空弧齿锥齿轮的数控加工技术187

7.1 弧齿锥齿轮五轴加工原理187

7.1.1 刀位啮合计算187

7.1.2 展成运动189

7.1.3 弧齿锥齿轮NC展成加工机床运动变换191

7.1.4 轮齿加载条件下的数控加工技术193

7.2 弧齿锥齿轮NC展成加工非线性误差与进给步长196

7.2.1 刀具轨迹的离散逼近误差196

7.2.2 非线性误差分析计算197

7.2.3 走刀步长和轮坯转角步长确定198

7.3 航空弧齿锥齿轮参数对润滑特性的影响199

7.3.1 弧齿锥齿轮传动基本参数对润滑特性的影响201

7.3.2 机床切齿调整参数对齿轮弹流润滑的影响203

7.4 满足航空弧齿锥齿轮无油润滑要求的加工技术206

7.4.1 保证航空弧齿锥齿啮合轮侧隙的控制方法206

7.4.2 航空弧齿锥齿轮加工参数数值优化方法207

7.4.3 给定弹流润滑状态下的机床切齿调整参数研究209

7.4.4 不同润滑状态与摩擦特性的航空弧齿锥齿轮加工217

7.5 小结219

第8章 高速重载航空弧齿锥齿轮摩擦润滑试验方法220

8.1 相似原理在高速重载航空弧齿锥齿轮性能试验中的应用220

8.1.1 相似基本原理220

8.1.2 高速重载弧齿锥齿轮润滑特征提取的相似性试验方法221

8.1.3 高速重载齿轮齿根弯曲应力的相似性方法226

8.2 高速重载航空弧齿锥齿轮齿面温度的相似试验方法228

8.2.1 试验原型的计算结果228

8.2.2 试验设备及加载过程229

8.2.3 试验测试结果与分析231

8.3 超高速航空弧齿锥齿轮啮合动态性能相似试验232

8.3.1 原型齿轮啮合性能分析及缩比相似模型参数232

8.3.2 试验装置及验证方法237

8.3.3 测试结果分析239

8.3.4 原型与试验结果的频域相似程度比较240

8.4 小结241

参考文献242

符号列表249