1041 / 2023-02-15 12:55:19

基于退化熵产生定理的齿轮磨损预测

齿轮磨损会导致齿面材料的缺失，引起齿轮表面形貌的改变，进而影响齿轮的振动噪声。齿轮磨损还会改变齿面载荷分布，引起其他类型的齿面失效^[1]。因此，齿轮磨损的建模和预测一直是该领域的热点问题之一，至今仍未得到很好的解决。一方面是由于影响齿轮接触的参数众多，如设计参数、加工误差、接触点的曲率半径、滑动速度、法向载荷等；另一方面齿轮工作中的润滑状态，齿面磨损引起的表面形貌的改变，增加了磨损测量和建模的难度^[2]。Archard 公式是目前应用最广泛的齿面磨损预测公式，但是其磨损系数的确定具有较大的难度^[3]。由于齿面磨损具有不可逆性，与热力学第二定律具有相似性，本研究提出基于退化熵产生定理的齿轮磨损建模和预测。首先，进行FZG齿轮承载能力试验，利用粗糙度轮廓仪在线获取每个试验阶段后齿轮齿廓形貌，对获取的齿廓形貌数据进行处理得到齿廓偏差曲线，并计算出每个加载阶段的齿廓磨损量。然后，根据ISO 6336-22:2018 标准和KISSsoft软件计算试验过程中的齿面温度、摩擦系数、接触应力和油膜厚度等参数。最后，基于退化熵产生定理，计算出FZG齿轮各试验阶段中系统的熵产生，利用退化系数B，将齿轮的磨损与系统的熵产生联系起来，实现齿轮磨损建模和预测。结果表明，基于退化熵产生定理的齿轮磨损计算方法能较准确地预测出试验过程中齿廓表面形貌演变。为实现服役期间齿轮磨损引起的表面形貌变化提供了一个统一的计算方法。图1给出了运行一段时间后齿轮表面形貌的实测曲线和预测曲线。