基于流体动力学的斜齿轮副搅油功率损失分析

在高速工况下,搅油损失在总功率损失中占很大比重,研究齿轮搅油功率损失对于提高传动效率具有重要意义。提出一种基于流体动力学的能够计算斜齿轮副搅油功率损失的计算模型,该模型采用将斜齿轮沿接触线划分为若干个薄直齿轮的方法计算斜齿轮副的搅油损失;将齿轮副搅油功率损失分为周面搅油功率损失、端面搅油功率损失以及啮合区挤压功率损失三部分,分析浸油深度、转速、螺旋角、齿宽、模数对搅油损失的影响以及各部分搅油损失占总搅油损失的比重。结果表明：搅油损失随着浸油深度、转速、螺旋角、齿宽、模数的增大而增大,其中转速、齿宽和模数对搅油损失的影响较大,浸油深度和螺旋角对搅油损失的影响较小;啮合区挤压功率损失在整个搅油功率损失中占最大比重。     

基于CFD方法的啮合齿轮搅油损失仿真分析

齿轮搅油功率损失与其影响因素形成复杂的关系,难以直接用理论方法确定。一对齿轮的搅油由于存在齿轮啮合过程中的泵吸效应,与单齿搅油存在一定的差别,而现有的搅油损失计算公式大多是针对单齿搅油,在试验数据基础上通过量纲分析得到,受试验条件的限制,其应用范围非常有限。采用计算流体动力学(CFD)软件FLUENT对一对啮合齿轮空载时的搅油损失进行仿真并将计算结果与试验结果进行了比对;分析了齿轮旋转方向和传动比对搅油损失的影响,比较了直齿轮与斜齿轮搅油损失的差异。结果表明,仿真结果与试验测试结果接近,所采用仿真方法能较准确地预测啮合齿轮的搅油功率损失;齿轮旋转方向、传动比和螺旋角对齿轮对的搅油功率损失均有较大影响。     

齿轮传动搅油功率损失的研究进展

齿轮搅油损失（Oil churning losses）对传动系统的润滑性能、传动平稳性和节能经济性有着显著的影响。研究齿轮搅油损失的预测和控制方法,对传动系统的优化设计和节能减排有着重要意义。研究表明：高速工况下的搅油损失可达减/变速箱功率总损失的50%以上,且齿轮搅油损失随润滑环境、几何结构和运动工况条件变化显著。搅油损失机理复杂,涉及因素多,探索齿轮系搅油损失机理和掌握搅油能耗特性的变化规律,是国内外研究的难点和热点。至今已有大量齿轮搅油损失建模研究和应用,但主要都是针对某一特定工况或传动条件下的研究,鲜有全面的、完善的理论来分析搅油损失,因此对齿轮搅油损失进行全面的论述和总结很有必要。结合国内外的研究进展,从理论、仿真和试验三方面来综述齿轮搅油损失各影响因素的定性和定量研究,重点分析了搅油损失建模方法及应用场合,并指出了降低搅油损失的方法。     

多功能齿轮搅油功率损耗实验装置及实验方法研究

搅油损失在浸油润滑齿轮传动装置功耗中所占比重较大,是导致润滑失效的主要因素之一。为精确预测不同工况下齿轮的搅油损失,设计一种新型搅油功率损耗测量的多功能试验装置,并介绍针对不同齿形齿轮的搅油损失、圆盘与齿轮对搅油损失和非标准直齿轮的搅油损失的实验方法。该装置可用于不同齿形齿轮、非标准直齿轮的搅油损失试验研究,来考察齿轮尺寸变化或其他因素对搅油损失的影响;用于齿轮与圆盘的搅油实验,来推导出啮合区产生的搅油损失。     

基于有限元分析的斜齿轮搅油功率损失测算及实验验证

引入流体力学的两相流理论、轴流风机和径流风机的动量定理,对单个斜齿轮的搅油功率损失进行了有限元数值估算。考虑流体的黏性、密度,齿轮的螺旋角、模数、齿数、转速,周边工作温度,箱体尺寸,重力加速度和润滑油浸没深度等参数的影响,使用有限元流体力学软件Fluent对多组不同参数斜齿轮的三维搅油流场和搅油功率损失进行了数值仿真。进一步通过实验数据对数值仿真结果的部分参数进行了验证和比对,证明了中低转速条件下可以使用仿真的方法预估搅油功率损失的数值。研究结果也为后续啮合状态下的斜齿轮组搅油功率损失的数值计算提供了方法依据和理论参考。     

汽车齿轮两相流动特性数值模拟与实验验证

针对汽车齿轮搅油两相流特性,基于PLIC-VOF算法,利用Matlab软件对三维齿轮搅油过程进行数值计算,探讨不同转速、浸油深度、油液黏度下齿轮搅油功率损失的影响规律;同时,利用Fluent软件对三维齿轮搅油数值模拟,进行了功率损失台架实验及流动结构可视化实验。研究结果表明,PLIC-VOF算法适用于计算齿轮搅油损失问题,随着齿轮转速的增加,三维流场分布紊乱程度增大。齿轮搅油功率损失随着转速、浸油深度、油液黏度的增加而增加,其中,转速影响最为显著。     

采煤机摇臂齿轮传动系统搅油损失分析

为降低采煤机摇臂齿轮传动系统功率损耗,针对采煤机摇臂齿轮传动系统存在的搅油损失问题,基于1 200 kW采煤机摇臂齿轮传动结构的主要组成及特点,分析了齿轮功率损耗对润滑油池油液的影响,提出了计算单级齿轮搅油损失的两种方法,并分别用这两种方法计算了采煤机摇臂齿轮单级齿轮搅油损失。结果表明:这两种单级齿轮搅油损耗量的计算方式相似,均能够用于采煤机截割齿轮传动体系的搅油损耗量的计算;随着摇臂摆角与初始浸油深度的增大,搅油损失也都随着增大。     

考虑可靠性及效率性能的变速器齿轮润滑油选择方法

齿轮箱润滑油的选择不仅会影响齿轮接触强度,也会影响齿轮箱传递效率。针对运动黏度这一指标,根据齿轮接触强度及齿轮搅油功率损失的计算,提出综合考虑以上2种情况的润滑油选择方法,可在满足齿面接触强度同时,使得搅油损失最小,最后通过实际开发齿轮箱的润滑油选型进行试验验证。试验结果表明,该方法对于合理选择润滑油是可行的,在保证齿轮接触强度的基础上,能够尽可能地降低齿轮的搅油损失,提高齿轮箱传递效率,对润滑油选择的工程实践有一定的帮助。     

基于MPS法的齿轮啮合区不同浸油程度下搅油损失仿真分析*

为探究异构减速箱齿轮啮合区浸油程度对搅油损失的影响规律,采用移动粒子半隐式法(MPS)对8种异构减速箱搅油模型以及基于不同转向、齿轮啮合区不同浸油程度条件的搅油模型进行模拟仿真。结果表明:啮合区浸油程度与油液波动、速度以及搅油损失成正相关,顺时针比逆时针转向下齿轮啮合区搅油量更大,转向与浸油程度的变化均引起啮合区油量变化从而导致齿轮啮合损失变化;浸油程度变化也会致使齿轮阻力损失变化,表明搅油总损失的大小主要受参数变化的影响,且齿轮啮合损失和阻力损失各自所占比重随参数而改变,需对单一或多变量具体分析。     

齿轮传动系统搅油损失的试验研究

对单齿轮传动箱体的搅油损失进行了深入的研究,通过对搅油损失进行的试验,探讨了搅油损失与转速、静态浸深及油温之间的规律.并根据试验数据拟合得到了单齿轮搅油功率损失计算公式.     

汽车后桥准双曲面齿轮搅油损失数值模拟及其减阻研究

为探究某乘用车后桥搅油功率损失,基于VOF(Volume of Fluid)两相流模型及RNG k-ε湍流模型,建立了包括被动锥齿轮及差速器壳等旋转部件的后桥三维数值模型.研究齿轮转速、温度及螺栓结构对后桥内部的瞬态流场分布、动压力分布及搅油功率损失的影响规律.据此提出将螺栓连接齿轮改为沉头螺栓齿轮的结构优化方案,并通过台架效率试验验证数值模拟及结构优化的正确性.研究结果表明:搅油功率损失随转速的增加而急剧增大、随温度的增加而减小,其中转速的影响较大;螺栓导致流场紊乱,导致额外的搅油功率;结构优化后能有效降低搅油功率损失,使得后桥传动效率约提高(1～1.1)％.     

采煤机摇臂齿轮传动系统搅油损失的研究

针对采煤机摇臂齿轮传动系统搅油损失问题,以1 200 kW采煤机为研究对象,对比分析了标准中两种单级齿轮搅油损失的计算方法,计算了整个摇臂传动系统的搅油损失。结果表明:两种单级齿轮搅油损失的计算方法差异很小,都适用于采煤机截割齿轮传动系统的搅油损失的计算;随着摇臂摆角的增大,搅油损失也都随着增大;当初始浸油深度增加时,搅油损失也有小幅度增加。该研究对于有效降低截割传动系统的功率损耗,以及系统可靠性和煤矿的节能环保等方面都具有重要的意义。     

浸油润滑状态下直齿轮啮合周期内的流场分析

为研究齿轮搅油损失机理问题,以及进一步提高齿轮传动效率,对齿轮搅油损失影响因素进行了研究。针对浸油润滑状态下的齿轮传动工况,建立了齿轮箱内流域有限元模型。应用该模型分析了不同转速和转向下齿轮外圆面、啮合区油液的飞溅变化,以及啮合点处的压力变化规律,并计算出齿轮阻力矩及搅油功耗损失值。研究结果表明,在中低速传动工况下,相对于齿轮转速的变化,转向的变化对啮合区域泵油量、外圆面甩油量、啮合点压力以及齿轮搅油损失的影响更大。该结论为后期齿轮传动节能研究提供了一定的理论依据。     

汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力优化

以降低某汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力为目的,基于VOF(Volume of Fluid)两相流模型及标准k-ε湍流模型建立了汽车后桥三维数值模型,分析了后桥准双曲面齿轮搅油功率损失机理;提出了将准双曲面齿轮由螺栓连接改为去除螺栓结构并在其两侧面增加挡板以减少搅油阻力的方法.通过Fluent仿真,对改进前后汽车后桥准双曲面齿轮搅油阻力进行了分析,与经验公式进行对比并进行了试验验证.结果表明,仿真分析及试验结果有较好的一致性;经验公式与仿真结果吻合度较高但小于试验值;适当的结构改进及挡油板的加入可显著降低后桥搅油阻力;随着转速升高,阻力减少数值越大,最高减阻可达35.9％.     

高速轻载齿轮箱功率损失分析

比较分析高速齿轮转动装置的功率损失计算方式,找出适合高速轻载齿轮箱功率损失的计算方法。通过分析计算,得到高速轻载齿轮箱功率损失主要发生在齿轮的搅油搅风和高速可倾瓦轴承上,提出提高高速轻载齿轮箱传递效率的有效途径,为进一步的研究奠定了基础。     

高速圆柱直齿轮风阻功率损失参数研究

通过有限体积法对高速圆柱渐开线直齿轮周围气体区域进行结构网格离散,建立箱体内的计算流体动力学(CFD)模型,采用CFD技术进行计算仿真,进而提出圆柱齿轮的风阻功率损失计算方法。并对比了不同参数条件下的CFD模型分析结果,结果表明,模数对齿轮风阻功率损失影响最大,风阻功率损失伴随模数的增大而增加;设置外缘挡板和端面挡板可有效的减小风阻功率损失,外缘挡板间隙与齿面风阻功率损失呈非正比关系,端面挡板间隙与齿面风阻功率损失呈正比关系;齿顶修形可有效减小齿槽区域涡流尺度及数目,有利于减小齿轮风阻功率损失。     

锚绞机齿轮箱齿轮泵吸及困油效应损失功率分析

一对齿轮在高油位高速转动时会出现泵吸效应和齿间困油现象,这种现象会损失一定功率。为确定这种功率损失的大小,通过理论计算得出齿轮啮合损失功率和齿轮搅油因油阻损失功率,结合锚绞机三级齿轮箱试验得到齿轮总消耗功率,用差值可近似得到泵吸和困油效应损失的功率,分析了不同工况下功率损失的变化情况。结论表明,泵吸及困油效应损失功率随转速和油位的增大而增大。     

微型汽车变速器齿轮啮合功率损失建模与仿真

对微型汽车变速器齿轮啮合功率损失的类别及各自的决定因素进行了研究,以此提出了齿轮啮合功率损失的计算方法,并利用MATLAB/Simulink软件对数学模型进行了编程仿真。结果表明,该模型对变速箱传动效率的预估提供了良好的理论依据,并对变速箱齿轮的优化和改进有工程意义上的参考作用。     

深沟球轴承喷油润滑搅油损失研究

为了揭示喷油润滑时深沟球轴承搅油损失随喷油润滑条件的变化,提高齿轮箱综合传动系统的性能,建立深沟球轴承喷油润滑下的数值计算模型,并用SKF模型进行验证。采用数值模拟和设计正交方案的方法研究喷油润滑时深沟球轴承内部流场运动状态,以及在不同工况参数下深沟球轴承喷油润滑的搅油损失,并通过极差分析和方差分析确定各个因素对轴承搅油损失的影响程度。研究表明：在喷油润滑过程中,外圈表面润滑油体积分数随着润滑油的进入不断提高,并且逐渐趋于均匀稳定,而内圈表面润滑油体积分数则始终很低;喷嘴角度对轴承内部润滑和搅油功率损失影响很大,当喷嘴朝向外圈时,搅油力矩最小,但润滑性能较差,当喷嘴朝向内圈时,润滑性能最好,但搅油力矩稍大;各个因素对轴承搅油损失影响由大到小顺序为节圆直径、转速、喷油压力、喷嘴直径、温度。研究结果对探究深沟球轴承喷油润滑搅油机制和提升车辆传动效率提供了重要的设计和理论参考。     

外啮合齿轮泵搅油损失的研究

在外啮合齿轮泵工作过程中,由于困油压缩产生高压,形成阻力矩,从而会产生一定的搅油损失。为了确定这部分损失的大小,提出了通过困油压力预测齿轮泵搅油损失的计算方法。利用FLUENT软件的动网格技术对某型号外啮合齿轮泵进行了二维的仿真计算,分析了一个困油周期内搅油损失随转速、工作压力的变化情况。结果表明,搅油损失主要受到困油压力的影响,并随着转速和工作压力的增大而增大,其大小占输入功率的0.43%~5.26%。