润滑油状态下齿轮传动过程的动态数值计算方法研究

This project under the condition of lubricating oil analyzed numerical calculation and dynamic simulation on nonlinear phenomena in gear transmission process such as impact, contact and meshing transmission. Using SPH method focused research on nonlinear dynamic behavior of multi-body contact interface of gear transmission’s theory and numerical algorithm, non-Newtonian fluid behavior of gear lubricants’ theory and the key algorithms, multy-body and multiphase coupling on gear contact interface system’s theory and the key algorithm. Mainly solve driven and driving gear rotation problems by description of SPH method and algorithm, showed local material damage, broken and wear of gear contact interface criterion by SPH method. Through the fluid-solid coupling to solve the lubricating characteristics of SPH method and algorithm. Finally realized dynamic simulation software of the gear transmission under the condition of lubricating oil state, in order to provide some theory and science basic for the design gear transmissions system and the selection of lubricating oil.

本研究在润滑状态下对齿轮传动过程中发生的冲击，接触及啮合传动等非线性现象进行数值计算及动态仿真。用SPH方法重点研究齿轮传动中的多体接触界面系统非线性动力学行为的理论建模与数值算法，齿轮润滑油非牛顿流体行为理论和关键算法，齿轮接触界面系统多体多相耦合理论和关键算法。解决主动和从动件定轴转动问题的SPH描述和算法，齿轮接触界面局部材料损伤破碎和磨损等的判据和SPH算法。通过流固相耦合解决齿轮动态接触区的润滑特性及规律的SPH分析方法和算法，最后实现润滑状态下齿轮传动结构动态数值模拟软件平台，为各种润滑条件下齿轮传动结构的设计和润滑油的选取提供理论和科学依据。

本研究用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics-SPH)方法选为计算工具在润滑状态下对齿轮传动过程中发生的冲击、接触及啮合传动等非线性现象进行数值计算及动态仿真为研究目标。首先建立了齿轮箱和润滑油的SPH离散粒子模型。用SPH方法研究齿轮润滑油的润滑特性与动力学行为，SPH主处理程序的基础上初步编程实现了适用于流体计算的程序模块。对已有多种SPH方法进行了更深入的研究，对传统SPH方法而言提出了新的一种改进方法(A New Revised Scheme)，此方法应用到对流扩散问题取得了良好计算结果。计算函数一阶导数和二阶导数而言提出了避免计算核函数导数的DF-SPH(Derivative Free-SPH)方法，此方法应用到热传导问题验证了方法的优越性。之后对DF-SPH方法进行修正，提出了修正的DF-SPH方法，此方法应用到具体问题验证了修正方法的有效性。针对边界问题，提出了基于有限差分法的边界处理方法，此方法对固定和对流边界问题进行数值计算模拟时，计算方法简单易用，计算效率高，在提升计算精度上将会起到很大的作用。有关SPH方法的这些研究结果将在后期研究中顺利的应用到齿轮传动过程中发生的冲击、接触及啮合传动等非线性现象的分析中，将会进一步推动SPH方法在不同领域中的广泛应用。