宽齿圆柱齿轮润滑喷射参数寻优仿真研究

针对高速宽齿轮喷射润滑的数值模拟与润滑效果的改善进行了研究。基于经实验验证的仿真方法,对高速宽齿圆柱齿轮传动的油气两相流模型进行了喷油润滑仿真分析。结果显示,高速齿轮周围产生的气体压力场会严重阻碍喷油射流,喷孔端面角度过大、喷射方向不合理,导致难以润滑宽齿轮的整个齿面;基于单相气场仿真对喷嘴的喷油参数进行了寻优,两相流场仿真结果验证了该优化的有效性,即端面角度为0时,啮入侧喷孔沿齿宽对称布置、啮出侧喷孔对两个齿轮的啮合发热齿面差别喷油,更有利于提高啮合齿面的油气比例与对流换热系数,从而可实现啮合齿面的高效润滑与冷却。     

啮入/啮出侧喷油对船舶斜齿轮稳态温度场的影响

船用齿轮箱是船舶上广泛应用的机械,研究其齿轮温度场对避免齿轮胶合失效具有较大意义。对船舶斜齿轮喷油过程进行了深入分析,在啮合齿面摩擦发热温升计算的基础上,建立斜齿轮喷油过程的计算流体动力学(CFD)模型,分别对啮入侧喷油、啮出侧喷油以及啮入侧和啮出侧同时喷油3种喷油方式的冷却效果进行了分析计算,得到不同喷油方式下润滑射流、空气以及气液混合流对啮合齿面的换热系数,并分析比较了不同换热系数下的齿面稳态温度场。结果表明,对于船舶斜齿轮喷油过程,选择啮入侧和啮出侧同时喷油的喷油方式,其冷却效果较好;对于啮入侧和啮出侧油速选择,应根据齿轮结构、工况等条件进行计算,算例计算结果为选择啮入侧油速15 m/s、啮出侧油速45 m/s便可达到较好的冷却效果。     

高速齿轮喷油润滑模拟研究

建立某高速齿轮啮合对喷油润滑模型,并通过实验验证模型的正确性。对高速齿轮啮合喷油润滑进行仿真分析,研究喷油系统参数如喷油角度、喷油点和喷油流量对喷油润滑效果的影响。结果表明:在一定范围内,增大偏向小齿轮的喷油角度,有助于润滑油喷入大齿轮齿槽中,并随着齿轮的转动进入啮合区,改善齿轮的润滑效果;采用啮出侧喷油时润滑油会被啮出点的高速气流吹散,无法进入齿轮啮合区,因此高速齿轮宜采用啮入侧喷油;增大喷油流量能够增强润滑油抵御齿轮边缘高速气流影响的能力,改善润滑油在啮合区中的"偏侧"现象;增大喷油流量也能提升齿面油液体积分数,改善齿轮润滑状况。     

基于热-结构耦合的圆柱齿轮副修形分析

为研究修形对齿轮副本体温度和齿面压力分布状态的影响,以渐开线直齿圆柱齿轮副为研究对象,基于齿轮箱喷油润滑热流耦合仿真,计算了齿面对流换热系数,综合有限元加载接触分析及齿面摩擦生热理论求得齿面热流密度,计算了齿轮副本体温度分布状况;进而建立热-结构耦合分析模型,计算了齿轮修形量,对比分析了修形前后齿轮副齿面压力、热流密度和本体温度分布状况。结果表明,修形后齿面压力分布状况改善,消除了轮齿啮合过程中载荷突变现象,啮入和啮出区域热流密度大幅度减小,齿轮副摩擦损失和温升减小,本体温度降低。     

高速人字齿轮副喷油润滑分析

喷油润滑的设计直接影响齿面润滑油膜分布,而齿面润滑油膜沉积铺展分析是喷油润滑设计的重要内容。本文基于计算流体动力学方法建立了人字齿轮的喷油润滑分析模型,计算了在不同啮合角度下特征齿面的油膜沉积铺展情况。结果表明:特征齿面上位于喷油口下方的区域润滑油的体积比较高,油膜厚度也较大;润滑油喷到特征齿面的油路受到周围轮齿的干涉后齿面润滑油的体积比出现明显下降;不同啮合角度下铺展形成齿面润滑油膜的分布和面积存在一定差异;啮合轮齿处于1.5°啮合角度时,啮入侧两个喷油口才会同时喷射润滑油到同一齿面,此时润滑油膜的面积较大。     

渐开线重载齿轮传动的弹流润滑分析

建立了重载齿轮传动的弹流润滑模型,采用多重网格法、多重网格积分法以及逐列扫描法,计算出压力、膜厚以及温度等。结果表明,固定润滑油黏度,随着润滑油黏度和齿面综合速度乘积的增大,平均膜厚单调增大,而次表面剪应力最大值单调减小。载荷越大,次表面剪应力最大值的X坐标位置越靠近出油口的位置。     

直齿圆柱齿轮齿面接触温度研究

针对齿面接触温度对齿轮啮合过程的重要影响,基于Blok闪温理论推导了直齿圆柱齿轮在4种不同润滑状态下的齿面接触温度计算公式,分析齿面接触温度沿啮合线的分布情况及转速、转矩、润滑油黏度和齿侧间隙对齿面接触温度的影响规律,实验测量不同工况下的齿面接触温度。数值计算结果和实验结果表明,齿面接触温度在进入啮合位置和齿顶处达到最高,而在节点附近接近于室温。弹流润滑状态下齿面接触温度随着润滑油黏度增大而升高;在混合润滑状态下则相反;边界润滑状态下润滑油黏度与齿面接触温度无关;随着转速、转矩和齿侧间隙增大,齿面接触温度升高。研究结果可为齿面接触温度的计算和实验测量提供依据。     

航空直齿轮喷油润滑冲击深度影响因素分析

针对喷油润滑喷嘴无偏置和倾斜布置时,传动比大于1的齿轮传动润滑效果不良的问题,从齿轮啮合运转及喷油润滑的几何关系出发,采用解析法建立航空直齿轮啮出侧喷油润滑冲击深度计算数学模型;仿真验证数学模型的正确性,完成齿轮参数、传动参数和喷嘴位置等对直齿轮冲击深度的影响分析。研究表明,冲击深度随齿轮齿数和转速的增大而减小,随喷油速度的增大而增大;小齿轮冲击深度和大齿轮冲击深度随射流偏置和喷射倾角的变化呈负相关关系。研究结果可为喷油润滑设计提供理论依据。     

考虑轴线平行度误差及热变形的齿轮修形设计

以渐开线直齿圆柱齿轮副为研究对象,基于改进的摩擦热量离心抛射扩散模型计算齿面对流换热系数,综合有限元仿真及摩擦生热分析求得齿面热流量,计算了考虑轴线平行度误差的齿轮副本体温度,进而建立热-结构耦合分析模型,研究轴线平行度误差、温度影响下齿轮副的修形量,给出了确定合理齿廓及齿向修形量的方法。结果表明,温度对修形量有一定影响,轴线平行度误差使得齿轮副齿向两端啮入/啮出干涉量不同,存在偏载的齿轮副应按齿廓齿向综合修形方式对齿轮副修形。     

基于动网格的中减速器飞溅润滑内部流场分析

为改进中减速器结构以及实现集油槽的合理安装布局,采用Fluent软件,应用动网格技术对非正交螺旋锥齿轮中减速器飞溅润滑内部流场进行动态数值仿真分析。分析结果表明:基于动网格技术的动态数值仿真可以较好地模拟中减速器内部流场运动;双齿轮浸油情况下,润滑油经过齿轮啮合点后流体运行速度更快,但齿轮转速的提升对流场整体运动趋势影响很小;齿轮啮入侧压力为正,啮出侧压力为负,并且随着转速的增加,啮入侧和啮出侧压力的绝对值也会随之增加。     

低速重载开式齿轮齿条传动润滑状态分析

采用三峡升船机齿条性能评定试验装置,研究低速重载、频繁换向条件下开式齿轮齿条的润滑状态。对开式齿轮齿条油膜厚度计算模型中润滑油的压黏系数进行修正以适用高黏度润滑油,利用油膜厚度准则对开式齿轮齿条的润滑状态进行分析。结果表明,采用油膜厚度准则能相对准确地判断低速重载开式齿轮齿条传动的润滑状态;转速、载荷对润滑状态有很大的影响,齿轮齿条换向时,润滑状况相对恶劣,易磨损、胶合,应尽量减小载荷和齿面粗糙度,增大润滑油黏度。     

基于动网格的齿轮喷油润滑流场仿真分析

为研究喷油润滑时齿轮箱内气-液两相流的分布情况,基于齿面移动法建立了齿轮箱喷油润滑系统的流体动力学分析模型,在FLUENT中采用VOF模型及动网格技术进行流场动态仿真,得出了不同时刻齿轮箱内各个位置油液的体积分数以及油压、流速的变化规律,分析了不同喷油流量对齿轮润滑效果的影响。计算结果表明,增大喷油流量有助于润滑油穿过齿轮边缘高速气流落在齿面上,增大啮合区齿面油液的体积分数,提高齿轮的润滑效果。     

基于统计模型的修形齿轮点接触混合润滑分析

基于平均Reynolds方程和Zhao-Maietta-Chang（ZMC）弹塑性接触模型，提出鼓形修形齿轮点接触混合润滑的计算方法。采用渐进网格加密法计算润滑特性参数，对比稳态点接触混合润滑模型的仿真结果，验证提出模型的正确性。分析齿轮传动啮入点、节点和啮出点的润滑特性，研究齿轮几何参数、工况参数对鼓形修形齿面润滑特性的影响规律。结果表明：油膜压力、微凸体接触压力和总压力在啮入点处最大，啮出点处最小；名义油膜厚度在啮出点处最大，啮入点处最小；随着模数、压力角和转速的增加，油膜压力、微凸体接触压力与总压力降低，油膜厚度增加；随着功率和鼓形修形量的增大，油膜压力、微凸体接触压力和总压力增大，油膜厚度降低。因此，增大模数、压力角、转速和减小功率、鼓形修形量可改善粗糙齿面润滑状态。     

渐开线重载齿轮传动非牛顿流体热弹流润滑分析

建立渐开线重载齿轮传动的非牛顿流体热弹流润滑模型,分别采用多重网格法、多重网格积分法、逐列扫描法计算齿面压力分布、油膜厚度和齿面温度,分析润滑油黏度和齿轮转速对重载齿轮传动接触疲劳寿命的综合影响。结果表明:在润滑油黏度和齿面综合速度乘积固定不变的前提下,同时改变其中任一量对轮齿接触应力没有影响。     

高线速直齿轮润滑喷嘴方位参数寻优研究

为探究高线速直齿轮润滑喷嘴的最优布置方位,采用计算流体动力学瞬态模拟方法,对不同线速度下的齿轮啮合进行单相流气场仿真分析,揭示齿轮副啮合区和齿廓周围的压力分布及气流运动规律,提出最优润滑喷嘴布置方位的确定方法,并通过两相流瞬态喷油润滑仿真分析对该方法的有效性进行验证。研究表明：随着齿轮线速度的提升,齿轮啮合区域压差有线性增大的趋势,气障效应更强,气流波动辐射范围更广,两股旋转气流“交汇”形成的最弱迹线逐渐向小齿轮方向倾斜;最优的喷嘴布置坐标,可通过喷嘴待选点的气流速度流线能否进入齿轮啮合区域确定;润滑喷嘴布置在啮入侧区域且端面角度为0°较好,喷嘴射流方向与最优喷点的气流速度流线一致时,齿轮润滑效果良好。     

基于花纹结构特征的滚动轮胎表面对流换热规律数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了不同胎面花纹的轮胎在不同行驶速度下的表面对流换热规律,并得到相应的特征方程式。通过研究发现:轮胎胎面、侧面的平均对流换热系数均随车速的加快而增大;花纹角度对轮胎胎面平均对流换热系数影响不明显,但对胎面局部对流换热系数有一定影响;同一速度下,轮胎侧面平均对流换热系数随花纹角度的增大而逐渐减小。     

探究不同黏度的润滑油对齿轮疲劳寿命的影响

通过油液分析技术探讨了不同黏度的润滑油对齿轮齿面耐磨性的影响。首先在Romax软件中仿真分析了不同黏度的润滑油对齿面间油膜厚度的影响,然后通过齿轮疲劳运转试验分析了不同黏度的润滑油对齿面磨损的影响。通过对油液进行分析监测,并结合仿真计算的油膜厚度、油液浓度分析数据和最终齿轮寿命结果可知,一般混合润滑状态下,润滑油黏度、油膜厚度、疲劳剥落颗粒物浓度和齿轮寿命有一定的关系,随着润滑油黏度升高,齿面的磨损状态得到改善,齿面应力更加均匀,齿轮寿命得以延长。     

齿面凹坑参数对面齿轮等温弹流润滑的影响

根据微分几何基本理论求出面齿轮曲率半径,由齿面相对运动求得面齿轮传动过程中卷吸速度,建立面齿轮等温弹流润滑模型,通过FORTRAN语言编程计算出齿面油膜厚度,分析凹坑直径和深度对油膜膜厚的影响,并通过实验验证理论计算的准确性。研究结果表明:齿轮从啮入到啮出过程中,油膜厚度沿啮合轨迹逐渐增大;当齿面凹坑直径在50~200μm时有增加油膜厚度的作用,其中凹坑直径为100μm时效果最优;当齿面凹坑深度在5~20μm时均有增加油膜厚度的效果,存在最优深度为10μm。     

联合仿真与试验探究润滑油黏度对齿轮振动的影响

为探究润滑油黏度对齿轮振动特性的影响,运用传动系统仿真软件Romax建立齿轮啮合润滑模型,分析了两种不同黏度润滑油时齿轮啮合润滑油膜厚度;在齿轮运转试验台架上对使用不同黏度润滑油的两对齿轮分别进行振动试验,采集振动信号数据;利用MATLAB对振动数据进行频域处理,对比结果并从齿面润滑状态以及微凸体相互作用的角度,对两对齿轮振动结果进行分析.分析结果表明:润滑油黏度对齿轮振动有较大影响,润滑油黏度越大,齿轮啮合时齿面间的润滑油油膜越厚,齿面间不易发生干摩擦,且微凸体碰撞就越弱,从而齿轮的振动频幅越小.     

低速重载齿轮齿条传动机构混合弹流润滑分析

低速重载齿轮齿条传动机构广泛应用于矿山、水利等升降系统中,但由于其工况恶劣,极易发生磨损、胶合。以三峡升船机的大模数齿轮齿条传动机构为研究对象,建立瞬态混合弹流润滑模型,分析了其啮合过程中的润滑状态,并研究转速、齿面线接触载荷以及齿面粗糙度对润滑状态的影响。结果表明:在一个啮合周期中,啮入点是低速重载齿轮齿条在啮合过程中的危险点;在低速、重载工况下,齿面线接触载荷对啮入点润滑状态几乎不产生影响,而齿轮转速与齿面粗糙度对啮入点膜厚比的影响显著;另外,粗糙度纹理方向也会影响齿面润滑状态,其中横向粗糙度纹理能够使齿面具备较大的膜厚比,改善其润滑状态。