基于流固耦合理论的高速齿轮箱内部流场数值分析

利用Pumplinx软件,对高速动车组驱动齿轮箱内齿轮啮合过程中润滑油分布规律和齿轮箱内部压力场变化规律进行数值分析。使用RNG k-ε湍流模型和动网格模型建立基于流固耦合理论的齿轮箱内部流场的VOF两相流模型,对其进行数值模拟,并对关键节点压力进行监测,对比分析不同齿轮参数对箱体内部流场的影响。结果表明:在齿轮啮合区与从动齿轮左下方有漩涡出现;在啮合区的出口处压力有较大波动,稳定时啮入点压力在正压范围内波动,啮出点压力在负压范围内波动,通气孔处压力波动较大且无规律可寻;齿轮转速越快、齿轮越宽,箱体内部压力波动越大,合理降低转速和齿宽,有利于实现内部流场压力的均匀分布。通过数值仿真和监测关键位置可以得到齿轮箱内部流场的两相流分布和压力场变化规律,可为齿轮箱结构的合理设计与润滑油的合理配置提供的理论依据。     

高速列车齿轮箱内部流场模拟研究

以高速列车齿轮箱为研究对象,对其运行过程中内部润滑油流场进行数值模拟分析。利用Pumplinx软件采用RNG k-ε湍流模型和齿轮箱内部流场的VOF两相流模型齿轮箱进行数值仿真,同时对齿轮端面节点润滑油浓度进行监测,以获得准稳态下齿轮端面润滑油浓度和齿轮箱有效润滑油浓度变化规律。研究结果表明：在准稳态下,齿轮副转速增加,齿轮箱内有效润滑油浓度先升高后趋于稳定,驱动齿轮端面润滑油浓度增大,从动齿轮端面润滑油浓度减小;润滑油初始油量增加,齿轮箱内有效润滑油浓度近似线性增加,驱动和从动齿轮端面准稳态润滑油浓度逐渐增加。     

基于SPH法的星形人字齿轮箱油气两相流动和参数影响分析

采用喷油方式进行润滑的星形人字齿轮箱内的流场分布非常复杂，针对其流动仿真分析存在很多困难。基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法，建立了喷油润滑的星形人字齿轮箱内流场粒子仿真模型，获得了齿轮箱内不同截面位置处的油气两相分布特性，对比分析了不同齿轮转速和喷油速度条件下的流场油液分布和速度分布。结果表明，油液在齿轮轴方向上不同截面位置处滑油流场分布有明显不同，齿轮箱中间截面位置处分布的油液量最多，且在太阳轮、行星轮与喷油口之间的区域出现了局部涡流现象；齿轮转速和喷油速度对齿轮箱内的油液分布均有较大影响。     

基于Fluent高速列车齿轮箱泄漏量的数值分析

齿轮箱的性能直接影响着列车行驶的安全性,高速列车齿轮箱的设计对提高行驶安全性有着重要意义。列车在高速运行时,齿轮箱内部油压会产生较大波动,易造成润滑油泄漏,威胁列车运行的安全,需要研究密封系统以提高列车运行的稳定性。以某型高速列车齿轮箱密封系统作为研究对象,分别建立输出端与输入端的计算模型,模拟分析内部的压力场和速度场,对其在高速运行状态下密封系统的数值特性进行分析研究。并对空腔长度、齿宽、齿高参数进行数值分析,研究其对高速列车齿轮箱泄漏量的影响。     

超高压柱塞泵动力端齿轮箱润滑油甩油分析

为了解齿轮箱内部润滑油和空气多相流瞬态流场情况,采用浸入固体法结合VOF(Volume Of Fluids)多相流模型,对超高压柱塞泵动力端齿轮箱润滑油的甩油过程进行计算流体动力学仿真分析。通过分析得到齿轮箱内润滑油分布情况、齿轮表面润滑油速度和体积分数,以及截面压力,进而可以对齿轮箱内部润滑油飞溅润滑过程进行预测。     

基于数值模拟的螺旋锥齿轮搅油功率损失及其敏感度分析

车辆的变速器大多采用齿轮传动,在传动系统中,螺旋锥齿轮的搅油功率损失对齿轮箱的发热、齿轮效率和寿命有巨大影响。为了合理的预测变速器齿轮箱的功率损失,采用正交试验法研究了齿轮转速、润滑油温度、喷油压力、喷油嘴直径以及不同的齿轮节圆直径对螺旋锥齿轮搅油功率损失的影响和敏感程度。首先,基于齿轮箱体结构及锥齿轮对在箱体内的布置,建立了螺旋锥齿轮副喷油润滑的数值计算模型。在数值计算过程中,为提高计算稳定性和准确度,动网格技术和网格重建技术被采用。通过计算结果与试验结果的对比,验证了计算模型的有效性。研究结果表明：齿轮转速和润滑油温度对搅油功率损失影响最为显著,敏感程度排序为齿轮转速>润滑油温度>齿轮节圆直径>喷嘴直径>喷油压力。并且当齿轮转速、喷油嘴直径、喷油压力取1水平,润滑油温度以及不同的齿轮节圆直径取5水平时,搅油损失最小。研究结果为齿轮箱搅油功率损失的计算及综合传动系统的优化可提供重要参考。     

基于MPS方法的二级齿轮箱飞溅润滑特性研究

飞溅润滑时,二级传动齿轮箱内部润滑油流场分布情况十分复杂,传统有限元方法难以对其进行可视化仿真分析,在模型处理、算法选用、网格划分和计算工作量等方面存在诸多问题。基于充分的调研与大量的前期计算分析,利用移动粒子半隐式（MPS）法对轨道车辆用二级传动齿轮箱的飞溅润滑特性进行研究。分析了不同输入轴转速、初始润滑油油量和环境温度下齿轮箱内部润滑油的流场特性,实现了齿轮箱飞溅润滑的可视化计算;分析了不同工况下齿轮啮合点的油液粒子数时域变化情况,发现啮合处粒子数与转速关系不大,与初始油量成正相关,40 ℃时啮合处滑油粒子数最多,润滑效果最好;分析了各工况的齿轮箱搅油功率损失情况,发现搅油功率损失与输入轴转速和初始滑油油量成正相关,与环境温度的提高成负相关,且均为非线性变化。     

错齿式迷宫密封流场及泄漏量的数值分析

以某型大功率机车传动齿轮箱轴端迷宫密封为研究对象,采用GAMBIT软件建立错齿式迷宫通道的二维结构化网格模型,应用FLUENT软件模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性,分析转速、压比、空腔尺寸对迷宫密封性能的影响.研究结果表明:泄漏量随着进出口压比的增加而增加;转速对泄漏量影响很小;空腔尺寸对密封性能的影响较大.     

某发动机复杂油路流场分析及优化设计

以某航空发动机附件齿轮箱“连通折弯式”的复杂油路为研究对象，对油路内部的三维流场进行仿真分析并建立压力-流量模型。基于流场的计算结果，分析齿轮箱进口润滑油流量不足的原因并提出优化方案。结果表明：该发动机因喷嘴结构设计不当，导致齿轮箱油路中局部流通面积较小，局部阻力损失较大，使得油路进口处的润滑油流量偏小。通过对喷嘴结构局部优化，提高了油路中局部流通面积，有效增加了进口的润滑油流量，满足了设计要求。优化后的齿轮箱油路中，压力损失最大的区域在每个喷嘴的喷孔段，但各个管流段压力变化不大，整个油路的压力分布更加合理。建立齿轮箱工作压力范围内的压力-流量的数学模型，为不同进口压力下的润滑油体积流量选择提供了数据支撑     

变截面密封圈温度场及密封性能分析

为研究不同工况下变截面密封圈密封特性及润滑油膜温度场与黏温特性的关系，根据变截面密封圈密封机制，建立润滑油膜三维数值计算模型，考虑黏温特性和流体内摩擦效应，采用FLUENT和MATLAB软件，研究变截面密封圈润滑油膜在实际工况下的密封特性以及温度特性。结果表明：考虑黏温特性和在定黏度2种情况下所得结果差距明显，表明黏温特性对密封特性的影响不可忽略；油膜最高温度区域均处于外界环境侧，并随工况的改变而移动；油膜最高温度值随转速增加而升高，随密封压力增加而降低，但转速的影响大于其他工况参数；随润滑油温度升高，考虑黏温特性时油膜最高温度值随之增加，而定黏度时呈先减后增的趋势；泄漏量均随转速、密封压力和润滑油温度的增加而增大，但密封压力的影响最大。     

液黏离合器旋转动密封泄漏特性试验研究

为探究并改善液黏离合器旋转动密封的泄漏特性，采用Tr1-6Kr-22A变速试验台开展其密封性能试验，对比分析操作参数和结构参数对各个泄漏通道泄漏量的影响规律。结果表明：操纵油泄漏量整体偏大，润滑油泄漏通道受压力影响最小；随着操纵油压力的增加，各泄漏通道泄漏量亦随之上升，但高压工况下泄漏量增势平缓；各泄漏通道泄漏量与转速存在正相关关系，但油压对密封泄漏量影响较转速更为明显；密封环带宽度对泄漏量影响较大，较宽的密封环带可有效降低密封总体泄漏量；采用较宽密封环带的试验工装各个通道泄漏量最小，且受操作参数影响较小，适用于压力波动较大的场合，而在转速波动较大时密封泄漏量出现阶跃特性。     

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。     

综合传动装置中胀圈密封功率损失敏感度研究

胀圈密封作为综合传动装置中重要的动密封形式,准确地评估其功率损失影响因素的敏感度对传动装置设计和性能评估有着重要意义。为研究不同影响因素对胀圈密封功率损失的影响,建立某胀圈密封结构的计算流体动力学模型,采用层流模型对胀圈密封内部流动特征进行研究,分析压力、转速、温度(动力黏度)对胀圈密封功率损失和泄漏量的影响规律,并通过正交方案研究胀圈密封功率损失和泄漏量的影响因素主次关系。结果表明：主密封面在实现密封的同时造成了较大的功率损失,泄漏主要由胀圈切口和端面槽体在压差作用下产生;密封功率损失与转速呈抛物型关系,与压力、动力黏度呈线性增长关系,泄漏量与转速呈线性降低关系,与压力呈线性增长关系,与动力黏度呈反比例关系;三者对功率损失的影响由强到弱依次为动力黏度、转速、压力,对泄漏量的影响由强到弱依次为动力黏度、压力、转速。     

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。     

动车组齿轮箱润滑流场及压力场计算分析

齿轮箱内部的润滑油运动轨迹对机械旋转部件的功率传递和冷却性能有着重大影响。基于自主研制的高速齿轮箱,对润滑油流场和压力场进行仿真分析,利用RNG k-ε端流模型理论对连续方程、流量方程、湍动能方程和湍动能耗散率方程进行解算。对齿轮箱模型进行适当简化,采用动网格理论和PRESTO离散方法开展仿真分析,并对不同工况的计算结果进行对比分析。通过分析获得轴承进油孔质量流量分布特征,以及轴承润滑流道中润滑油的实际油量,为后续轴承润滑最佳注油量的定量分析,以及齿轮箱结构设计和系统改进提供理论参考。     

微型高速轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真分析

微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时，产生较大的力矩损失，影响柱塞泵的效率。首先，建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次，分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后，通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点，分析了其力矩损失。结果表明：转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍，其中，柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化，压差力矩损失波动较大，黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动，由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大；同时，靠近出油口和下止点位置处，油液压力较小。     

高速齿轮箱迷宫密封泄漏量正交仿真试验优化

以某型号高速动车组传动齿轮箱大齿轮电机端的迷宫密封结构为研究对象,运用Fluent建立带有扩散空腔的迷宫密封二维轴对称有旋流动模型,对迷宫密封泄漏量进行模拟仿真,指出现有结构存在密封间隙略大、齿顶角度较大、空腔深度较浅的不足。采用Design-expert 8.0软件设计仿真方案,通过分析密封间隙、齿形角度、密封齿数、密封空腔深度及传动轴转速对迷宫密封泄漏量的影响,得到一组使泄漏量最低的最优参数。结果表明:单因素对迷宫密封泄漏量影响的强弱顺序依次为密封间隙、空腔深度、齿数、角度,转速对泄漏量几乎没有影响;交互作用影响因素中,密封间隙和空腔深度对泄漏量影响大于密封间隙和齿数。通过重新建模仿真验证了利用Design-Expert 8.0软件设计迷宫密封泄漏量仿真试验方案和进行迷宫密封参数优化是可行的。     

基于响应曲面法的双Y形密封圈接触压力分析及优化设计

为改善双Y形密封圈在井底高温、高压工况下的密封性能,建立双Y形密封圈的二维轴对称模型,采用有限元分析软件ANSYS分析初始压缩量、润滑油压力以及润滑油与泥浆压差对双Y形密封圈密封面处接触压力的影响。结果表明:密封面处的最大接触压力随着润滑油压力的增加而增加,在不同润滑油压力下,最大接触压力始终大于润滑油压力,能够形成良好密封;随着初始压缩量的增加,最大接触压力逐渐减小,因此在保证形成良好密封的前提下,适当减小初始压缩量可以提高密封性能;随着压差的增加,最大接触应力先增加后减小最后趋于平缓。基于响应曲面法,以获得接触面最大接触压力为优化目标,对双Y形密封圈进行优化设计,得到其最佳优化组合方案。     

8MW风电齿轮箱振动特性仿真分析

为了实现超大型兆瓦级海上风电齿轮箱的新产品的开发,降低产品开发风险与成本,以8MW级风电齿轮箱系统为研究对象,基于ADAMS建立齿轮箱系统刚柔耦合动力学模型,并对其进行仿真和结果分析,研究齿轮箱系统的振动特性。通过对齿轮转速仿真结果分析,验证动力学模型的有效性和可靠性,然后进行了齿轮振动频率分析,确定系统振动产生机理,之后在齿轮箱箱体表面合理布置测点,依据测点振动位移响应,分析箱体振动特点,并依据测点振动加速度响应规律,分析影响箱体振动的主要因素。     

地铁车辆转向架齿轮箱振动噪声耦合特性研究

针对齿轮箱振动、噪声等共性关键问题，以某型地铁车辆转向架齿轮箱为研究对象，运用LMS Virtual Lab软件建立齿轮箱的刚柔耦合动力学和振动噪声仿真模型，对齿轮箱中斜齿轮副时变啮合刚度、支撑轴承动载荷、齿轮箱体振动、齿轮箱附近区域的结构噪声进行仿真分析，并对齿轮箱体振动和齿轮箱附近区域的结构噪声进行了试验验证。结果表明，地铁车辆转向架齿轮箱斜齿轮副时变啮合力、支撑轴承动载荷均呈现在某一均值上下周期性波动的趋势；齿轮箱体振动和齿轮箱附近区域的结构噪声在上下和左右方向上大于轴向方向上的；振动和结构噪声仿真值与试验值最大相对误差分别为14.61%和3.77%，验证了仿真分析的合理性和正确性。研究为地铁车辆及齿轮箱减振降噪提供了理论依据和技术支持。