一种用于在直齿轮干运转能力及应急润滑研究的测温方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及直齿轮传动啮合面动态测温技术领域，具体涉及一种用于在研究直齿轮干运转能力及应急润滑措施性能的测温方法。
【背景技术】
[0002]中国民用航空适航规章对旋翼航空器干运转能力提出明确的要求“必须试验表明，在旋翼传动系统的主润滑油系统压力损失后，旋翼传动系统能够在自转条件下运转30分钟”。传动系统一旦失去润滑油，就会在很短的时间内进入干运转状态，进而传动失效，造成灾难性的事故。由于受国外技术封锁，我国传动系统干运转能力远远低于国外发达国家水平，开展干运转能力研究迫在眉睫。
[0003]针对直齿轮干运转能力的测定，若采用液态润滑剂，可以从啮合面油膜厚度，摩擦系数和温度等方面进行运转情况的进行判断，但是在实际操作中直齿轮传动啮合面油膜厚度及摩擦系数很难测量。而这三种参数存在内部密切的联系，齿轮啮合面油膜厚度降低，将增大齿轮传动的摩擦系数，导致齿轮温度升高。本发明提供的方法，是通过对齿轮啮合面温度的测量来进行干运转能力的测定及应急润滑措施性能的评估。
[0004]齿面胶合失效是导致齿轮传动失效的主要形式，而温度过高则是引起胶合失效的主要原因。根据Blok胶合理论，齿轮胶合失效的判据为:
VTf^ Tl 式中
Tb齿轮本体温度，T {齿轮齿面闪温，T ^齿轮发生胶合时临界温度。
[0005]进行直齿轮干运转能力及应急润滑措施性能的研究，不仅要关注齿轮啮合面温度，更要关注齿轮啮合面高温区位置的温度值，及实时工况下的温度变化情况。
[0006]目前齿轮啮合面测温技术主要有非接触式的红外成像测温技术和接触式的热电偶(阻)。红外成像测温技术反应速度快，不与被测量物体直接接触，但受到发射率、中间介质质量(烟灰、水气及油雾等)影响，测量误差较大，且齿轮啮合遮挡部分无法测量。热电偶(阻)测温技术，方式结构简单、使用方便、可靠且精度较高。
[0007]针对齿轮啮合面温度测量，一些学者提出不同的测量方法，发表的文献主主要包括:《机械工程学报》的《齿轮胶合的计算和试验研究》；《北京科技大学学报》的《齿轮系统的温度场预测方法》，此类技术主要采用了热电偶测温方法，通过电火花加工，从齿轮非啮合面加工小孔，至齿轮啮合面附近。热电偶分别位于齿顶、齿中间和齿根部分。该类利用热电偶进行测温的方法，虽然使用方面，且可靠精度也高，但是布置测量点位置困难，通过打孔破坏了齿轮的结构，不适合高速重载的传动齿轮啮合面温度测量，热电偶布置位置及数量的限制，很难准确测量到齿轮啮合面最高温度位置的温度。
[0008]编号NASA TM-106518, ARL-TR-403 的《Thermal Behav1r of Spiral BevelGears))中，采用薄膜热电偶方法，对齿轮啮合面温度进行测量。由于干运转过程中，油润滑方式受运转工况与润滑供油量的影响，随着润滑油膜厚度的降低，出现混合润滑状态、边界润滑状态及干摩擦状态，尤其在采用固态润滑剂润进行滑时，没有足够厚的油膜保护薄膜热电偶，短时间内会被磨损破坏掉。
[0009]中南大学硕士学位论文《基于红外热像的喷油润滑齿面温度测量技术研究》中，红外热像测温方法测量直观，动态响应快，但其测量精度受被测目标发射率、空气投射率、观测角度以及观测距离等较多因素的影响，操作复杂，成本较高。尤其齿轮传动过程中，齿轮啮合面被遮挡，采用该方法不能对传动啮合过程中的啮合面进行温度测量，即不能获得齿轮啮合时啮合面的瞬态温度。
[0010]鉴于以上齿轮测温方法的不足，针对干运转能力，《机械制造与研究》的《用于直升机传动系统干运转的油雾润滑技术》中，采用UMT摩擦磨损试验机在油雾润滑状态下在销盘上进行试验，通过对摩擦系数的测定来判断干运转性能。销盘不同于齿轮，不能反映齿轮啮合面的传动状况，和实际齿轮传动工况差别较大。
[0011]综上所述，在高速重载实际工况下，现有技术中应用于齿轮温度测量方法和干运转能力测定方法，均无法满足研究直齿轮干运转能力及应急润滑措施性能的要求。
【发明内容】
[0012]1.一种用于在直齿轮干运转能力及应急润滑研究的测温方法，其中，在齿轮轮齿端面布置热电偶(阻)，测量齿轮啮合面高温区的温度，来评估齿轮传动工况。
[0013]2.传动过程直齿轮啮合面的温度场，由中间向两端面阶梯对称分布。最高温度的位置点在线(3)上，其中齿轮啮合面(I)与轮齿端向对称面(11)的交线(3)，作为温度测量范围。
[0014]3.在齿轮I个端面(8)外加绝热层，齿轮啮合面(I)与I个端面(8)的交线(4)，作为温度实际测量范围。
[0015]4.在齿轮端面靠近线并沿线4布置热电偶(阻)。
[0016]5.多轮齿端面靠近并沿线4布置热电偶(阻)，多样本采集数据。
[0017]6.多轮齿端面靠近并沿线4错位布置热电偶(阻)，加密数据采集。
【附图说明】
[0018]图1为本发明方法原理示意图。
[0019]其中1-齿轮啮合面、2-齿顶面、3-齿轮啮合面与齿轮端向对称面交线、4-齿轮哨合面与端面交线、5-齿轮非工作面、6-齿根面、7-齿根面、8-齿轮端面、9-齿轮对称面、10-齿轮对称面、11_齿轮端向对称面、12-齿轮端面。
[0020]图2为齿轮单齿温度场。
[0021]图3为一个端面加绝热层的齿轮单齿温度场。
[0022]图4为一个端面加绝热层的齿轮单齿端面温度场。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图，对本发明一种用于在直齿轮干运转能力及应急润滑研究的测温方法做详细描述。
[0024]如图1所示，一种于在直齿轮干运转能力及应急润滑措施性能评估的测温方法，线3为温度测量线，在一个齿轮端面加绝热层，高温位置分布点则从线3偏移至线4上，通过测量线4的温度来评估干运转能力及应急润滑性能。
[0025]在齿轮一个端面喷涂如A1203等绝缘导热材料，将热电偶(阻)布置于绝缘导热材料涂层上。选择动态响应快，测量精度高，体积小热电偶(阻)，如薄膜热电偶，靠近线4并沿线4方向布置热电偶(阻)。在多个齿轮轮齿端面绝缘材料与绝热材料之间布置热电偶(阻)，多样本采集温度数据，减小测量造成的误差。在多个齿轮轮齿端面绝缘材料与绝热材料之间错位布置热电偶(阻)，加密采集温度数据，获取齿轮啮合面上最高温度位置点的温度。通过滑环及无线传输WIFI或ZigBee等技术，将采集的数据输出到温度显示设备。
【主权项】
1.一种用于在直齿轮干运转能力及应急润滑研究的测温方法，其特征在于，在齿轮一个端面布置热电偶(阻)，并在该端面加绝热层。
2.如权利要求1所述测温方法，其特征在于齿轮轮齿啮合面(I)与轮齿端向对称面(11)的交线(3)，作为温度测量范围。
3.如权利要求1所述测温方法，其特征在于在齿轮I个端面(8)外加绝热层，温度实际测量范围，在齿轮啮合面(I)与齿轮I个端面(8)的交线(4)。
4.如权利要求3所述测温方法，其特征在于在齿轮端面靠近线4并沿线4布置热电偶(阻)。
5.如权利要求4所述测温方法，其特征在于多轮齿端面靠近线4并沿线4布置热电偶(阻)。
6.如权利要求4所述测温方法，其特征在于多轮齿端面靠近线4并沿线4错位布置热电偶(阻)。
【专利摘要】一种用于在直齿轮干运转能力及应急润滑研究的测温方法，本发明涉及直齿轮传动啮合面动态测温技术领域，具体涉及一种用于在研究直齿轮干运转能力及应急润滑措施性能的评估方法。根据Blok胶合理论，齿轮啮合面最高温度位置的温度值，作为胶合失效的判据。直齿轮沿端面方向对称分布，则最高温度的位置位于齿轮端向对称面与啮合面的交线上。在齿轮一个端面加绝热层，最高温度值的位置偏移至齿轮端面与啮合面的交线上，在齿轮端面沿该线布置热电偶（阻），通过测量该线的温度值及其温度变化情况，研究齿轮干运转能力及应急润滑措施的性能。
【IPC分类】G01K7-02, G01K7-16
【公开号】CN104677515
【申请号】CN201510048563
【发明人】常继华
【申请人】常继华
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年1月30日