Визначення втрат потужності внаслідок періодичного стискання розширення мастило–повітряної суміші між зубцями зубчастих коліс. Частина 1. Математична модель

Abstract

При одночасному контакті двох пар зубців між їхніми активними профілями утворюється замкнений об’єм мастило–повітряної суміші. Процес зменшення цього об’єму призводить до виникнення такого негативного явища, як періодичне стиснення і розширення масляно-повітряної суміші в об’ємі. За високих швидкостей обертання зубчастих коліс спостерігається різке підвищення тиску масляно-повітряної суміші і, як наслідок, виникнення додаткової вібрації зубчастої передачі. Швидкість витікання мастило–повітряної суміші може досягати швидкості звуку, що спричиняє додатковий шум під час експлуатації зубчастої передачі, а за високих частот обертання в замкненому між зубцями шестерні та колеса просторі виникає гідравлічний удар, результатом якого є кавітація. Представляючи косозубе колесо як сукупність прямозубих коліс, зміщених одне відносно одного в тангенціальному напрямку, математична модель зводиться до опису термодинамічних процесів у послідовних ізольованих порожнинах. Представлено математичну модель періодичного стискання-розширення масляно-повітряної суміші в замкненому між зубцями просторі, яка враховує площі поперечних перерізів осьових і радіальних потоків мастило–повітряної суміші, тиск навколишнього середовища, замкненого в простір між зубцями, швидкість радіального потоку мастило–повітряної суміші, миттєвий об’єм замкненої між зубцями елементарної порожнини та поточний тиск в і й порожнині.

The simultaneous contact of two pairs of teeth between their active profiles creates a closed volume of the oil-air mixture. Reducing this volume leads to the occurrence of such a negative phenomenon as periodic compression and expansion of the oil-air mixture in volume. At high gear rotation speeds, a significant increase in the pressure of the oil-air mixture is observed and, as a result, additional vibration of the gearing occurs. The oil-air mixture outflow rate can reach the speed of sound, which causes additional noise during gear operation, and at high rotational speeds, a hydraulic shock occurs in the space closed between the pinion and gear teeth, resulting in cavitation. By representing the helical gear as a set of spur gears dis placed relative to each other in the tangential direction, it simplified the mathematical model to describe thermodynamic processes in a series of iso lated cavities. The following variants are considered: a) the first cavity in the direction of engagement is connected to the environment on one side and to the next second cavity on the other side; b) some i-th cavity is connected to the cavities i - 1 and i + 1, respectively; c) the edge cavity N is con nected to the previous cavity N - 1 and the environment. Thus, a mathematical model of the periodic compression-expansion of the oil-air mixture in the space closed between the teeth is presented, which considers the cross-sectional areas of the axial and radial flows of the oil-air mixture, the ambi ent pressure of the space closed between the teeth, the velocity of the radial flow of the oil-air mixture, the instantaneous volume of the elementary cavity closed between the teeth, and the current pressure in the cavity.