详情

原文传递汽车用双联万向联轴器的摩擦与润滑研究

论文题名：	汽车用双联万向联轴器的摩擦与润滑研究
关键词：	万向联轴器;时变特性;粗糙度;润滑特性;汽车传动轴
摘要：	本文以汽车传动轴的三叉杆-球笼式双联万向联轴器作为研究对象，对其进行摩擦与润滑性能的分析与研究。球笼式万向联轴器是目前应用较广泛的等角速万向联轴器，其研究技术较为成熟；三叉杆滑移式万向联轴器是本课题组自主研发的一种新型三叉杆式万向联轴器，它采用三个滑动销杆代替三个球形或圆柱形的滚子，可以传递比传统三球销式联轴器更大的扭矩。目前对三叉杆滑移式万向联轴器尚未形成系统的理论，尤其在摩擦与润滑方面的研究相对较少。因此本文首先对汽车传动轴的三叉杆-球笼式双联万向联轴器进行运动学和动力学分析，确定出摩擦磨损的位置为三叉杆滑移式万向联轴器滑动销杆和三叉杆套筒孔的配合表面，其在扭矩传递过程中长期受载而在往复滑动中产生摩擦磨损，若没有良好的润滑方式会使联轴器提前发生失效。可见对其摩擦与润滑的研究对于完善三叉杆滑移式万向联轴器的系统理论及推广应用具有重要的科学理论意义和指导意义。　　研究三叉杆-球笼式双联万向联轴器的运动学和动力学特性，得到在汽车联轴器中易磨损部件滑动销杆在三叉杆套筒孔中的运动和受力情况。运用方向余弦矩阵对滑动销杆的运动方式建立运动学方程，通过MATLAB软件进行数值模拟并在Pro/E软件中进行仿真分析验证。结果表明汽车联轴器的转动频率随车速的增大而增大；易磨损部件中滑动销杆在三叉杆套筒孔中做近似正弦往复运动，往复运动频率与联轴器转动频率相同；滑动销杆运动的最大位移(振幅)和最大速度随轴线夹角的增大而增大；且滑动销杆运动的最大速度随转动频率的增大而增大，振幅不受转动频率变化的影响。根据三叉杆滑移式联轴器的受力情况建立方程组，利用MATLAB软件求解在一个周期内的力和力矩变化规律，并考察联轴器输入转矩，转动频率和轴线夹角对力和力矩的影响。结果表明滑动销杆和三叉杆套筒孔配合表面受力(载荷)在联轴器一个转动周期内有一定的波动，但波动值较小；配合表面受力受输入转矩的变化影响较大，受转动频率和轴线夹角的影响较小。　　由于配合表面受力有一定的波动，基于课题组对联轴器抗磨损结构设计、简化几何模型和对配合表面油润滑基本特性的研究，利用多重网格数值分析法研究汽车中三叉杆滑移式联轴器的配合表面载荷波动引起的等温线接触弹流润滑时变特性。研究输入转矩(配合表面载荷)、转动频率(往复运动的频率)和轴线夹角(振幅)对其润滑特性的影响。结果表明当输入转矩一定时，配合表面的载荷波动变化较小，求得的润滑膜的膜厚与压力变化也较小，可以忽略其波动的影响，可以将配合表面的载荷看作恒定载荷。　　在联轴器生产加工过程中，配合表面会产生粗糙度，采用Newton-Raphson数值分析法研究考虑随机表面粗糙度的汽车联轴器油润滑特性。在膜厚方程中加入随机表面粗糙度函数，并考虑输入转矩、转动频率和轴线夹角的影响。结果表明在考虑配合表面的粗糙度时，润滑膜膜厚和压力曲线分别围绕理想光滑表面波动，并且波动值随粗糙度的增大而增大。当表面粗糙度一定时，输入转矩、转动频率和轴线夹角等对联轴器的润滑特性有一定影响，但影响较小。当粗糙度值较大尤其是大于膜厚值时，局部压力会变得很大，数值计算结果不收敛，可能造成油膜破裂。　　考虑到在汽车驱动桥中联轴器的结构、实际应用场合和其密封方式更适合采用润滑脂进行润滑。利用多重网格数值分析法对汽车联轴器的等温脂润滑的特性进行分析，考虑设计环形凸起的半径(当量半径)、联轴器输入转矩和转动频率及轴线夹角、润滑脂流变指数和粘度的影响。结果表明脂润滑等温弹流润滑的膜厚和压力形状与相同参数下油润滑时相似。脂润滑时随着环形凸起的半径的增大，压力变宽，中心压力值减小，膜厚增大。轴线夹角、转动频率、流变指数或粘度的增大，都会使第二压力峰增大，膜厚增大，而中心压力值基本不变。随着输入转矩的增大，Hertz接触半径增大，压力整体增大，膜厚略微减小。　　由于联轴器的转动会使配合表面润滑脂温度会明显上升，对三叉杆滑移式联轴器的热脂润滑特性进行进一步研究。结果表明温度变化对润滑脂膜厚和压力有较大影响，温度因素不能被忽略。热弹流润滑与等温弹流的膜厚和压力形状相同，中心压力值相同，温升条件下的膜厚小于等温条件。大的圆环凸起的半径会导致大的当量半径，进而导致较宽但较小的压力，较宽并且较厚的润滑膜和较低的温度分布。较高的转动频率、轴线夹角或初始粘度都会导致更厚的膜厚，更高的温度分布和甚至超过中心压力值的显著的第二压力峰压力值。最小膜厚，第二压力峰和第二温度峰出现的位置都朝着入口方向移动。输入转矩越大，压力就越大，润滑膜越薄，温度分布也越高。流变指数越大，润滑膜越厚，第二压力峰压力值也越大，中心压力值基本不变，而温度降低。使用不同的润滑脂，联轴器的热脂润滑性能不同，同样需要综合考虑。对汽车用三叉杆滑移式万向联轴器易磨损部件配合表面的脂润滑特性的研究，为改善其脂润滑特性提供理论指导，对联轴器的推广和应用提供技术支持。
作者：	周烨
专业：	机械设计及理论
导师：	常德功
授予学位：	博士
授予学位单位：	青岛科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文