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。     

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。     

基于瞬态有限元的齿轮箱迷宫密封泄漏研究

针对某高速列车齿轮箱迷宫密封的润滑油泄漏问题,基于ANSA软件建立齿轮箱及迷宫密封结构的有限元模型,并采用FLUENT软件对其进行多相流瞬态仿真分析,研究迷宫密封结构的相对啮合深度、节流齿厚、径向间隙、回油孔直径及个数、齿与台阶距离、齿宽、密封间隙对润滑油泄漏量的影响。结果表明：当相对啮合深度大于0.5时,润滑油泄漏量与相对啮合深度呈负相关;润滑油泄漏量与节流齿厚、回油孔直径、回油孔数量呈负相关;润滑油泄漏量与径向间隙、齿宽、齿与台阶距离、密封间隙呈正相关。根据研究结果对迷宫密封结构进行改进,改进后的迷宫密封结构润滑油泄漏量降低为原始泄漏量的3.6%。     

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。     

采用高黏度润滑油的复杂管路齿轮箱润滑系统设计

针对采用强制喷油润滑的齿轮箱的润滑系统管路复杂、润滑点多、润滑油黏度高的特点,利用Dudley等提出的方法计算该齿轮箱功率损失,提出流量计算与分配原则;综合考虑温度、润滑油黏度、沿程流阻、局部流阻等因素,对系统特性进行仿真分析;对设计的润滑系统进行试验测试和优化,验证设计的润滑系统的有效性。研究表明,利用合适的方法精确计算齿轮箱各润滑点的功率损失,并进行系统总供油量的合理计算与分配,对齿轮箱润滑系统设计和保证齿轮箱可靠运行至关重要;采用高黏度润滑油的复杂管路齿轮箱润滑系统设计,不能忽略管路流阻损失的影响;温度变化对采用高黏度润滑油的复杂管路润滑系统的影响较大,设计时应加以关注。     

高速机车齿轮箱内部润滑油流场特性数值模拟

以某型机车齿轮箱为背景,基于CFD软件Fluent,应用动网格及Profile技术对齿轮箱油浴润滑的内部流场进行了动态数值模拟。建立了齿轮箱的二维VOF多相流模型,计算了齿轮箱在3种转速(启动低速、常规中速、最高转速)下的流场动态特性,获得了在不同速度运行工况下齿轮箱内部流场的相态、压力、速度分布图,为齿轮箱的设计与维护提供了相应的理论依据。     

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     

高速列车齿轮箱润滑性能优化与热平衡温度分析

高速列车齿轮箱频发的润滑事故,理论计算了齿轮箱润滑所需润滑油量,采用流场仿真软件Fluent计算了不同浸油深度在不同转速下的有效润滑油量;优化了齿轮箱内部流道的结构,提高了有效润滑油量,并确定影响齿轮箱有效润滑油量的因素。理论计算了不同浸油深度下,搅油损失随着速度的变化情况,不同浸油深度下齿轮箱热平衡温度随着转速的变化情况。分析表明,齿轮箱流道液阻会使有效润滑油量降低,减小液阻能够提高齿轮箱的有效润滑油量;齿轮箱的有效润滑油量与搅油损失都会随着浸油深度增大而显著增大,随着转速的增大而增大;齿轮箱热平衡温度随着浸油深度增加而升高,随转速增大而升高。     

动车组齿轮箱润滑油更换周期优化

目前齿轮箱润滑油更换是按照供应商提供的换油周期执行，缺乏对实际运用条件下齿轮箱润滑油性能状态变化情况的跟踪和研究分析。为准确确定CRH380B平台动车组齿轮箱润滑油合理的换油周期，通过理化性能分析以及污染物含量和磨损元素含量变化趋势分析，开展齿轮箱润滑油关键指标变化趋势研究；建立关键指标随油品运行里程变化的数学模型，并对油品运行里程进行预测。结果表明：CRH380B平台动车组齿轮箱润滑油更换周期延长至60万km可行；Fe元素含量变化可作为齿轮箱润滑油重点监控的指标；通过Fe元素含量随油品运行里程变化的数学模型，预测CRH380B齿轮箱润滑油在运行至80万km后仍满足使用要求。     

汽车变速器注排油装置的设计

在变速器放油口处依次完成注油和排油,同时完成对润滑油的检测,简化工艺过程,从而缩短了变速器交检周期.     

车用传动装置润滑系统的流动仿真

基于一维不可压缩润滑油流动方程,建立了车用传动装置润滑系统润滑油流动的仿真模型。对一台履带式装甲车辆传动装置的润滑系统进行了实例仿真,得到了润滑系统内润滑油的流量分布和压力损失,以及各摩擦表面的供油量。结果表明：采用一维流动模型研究车用传动装置的润滑油流动问题是可行的;当车辆工况一定时,润滑系统内油液的流量和压力均随供油压力的增大而增大,仿真结果与试验值基本吻合;传动润滑系统的流动损失受管路流速、润滑油的粘度、管路接头、弯头的数量等因素的影响。     

润滑油对R32在水平光管内流动沸腾换热特性及压降的影响

对R32在φ5mm和φ7mm的水平光管内的流动沸腾时,润滑油对换热与压降特性的影响进行了试验研究,试验的质量流量范围为100~500 kg/(m~2·s),润滑油的含量在0~5%之间。结果表明,沸腾换热系数随着质量流量的增大而增大。在低干度区,换热系数随干度的增大而增大,当干度达到0.7~0.8时,换热系数达到最大。随着润滑油含量的增大,局部换热系数在减小。压降随着管径的减小和质量流量的增大而增大。润滑油含量的增大,导致压降的增大。在5mm管内,润滑油含量对换热系数和压降影响比较明显。     

风电齿轮箱高速轴轴承高温故障处理方案

对某齿轮箱高速轴轴承超温报警故障进行分析,基于机组齿轮箱故障触发前后状态监测数据,初步判断故障原因是润滑油流量不能满足要求。计算该轴承所需的润滑流量,并与实测流量进行对比,确定在低温环境下齿轮箱高速轴承实际润滑流量偏少是轴承高温报警的主要原因。提出在保持原油路不变的基础上,增加一根油管对高温报警轴承进行润滑的整改方案,并对增加的油路的流量进行核算。整改后现场多次大风满功率运行结果表明,轴承温度正常,验证了该整改方案是可行的。     

Influence of spin flow on lubricating oil jet—Design method of oil spray parameters to high speed spur gears

As the gear speed becomes higher and higher in modern industry the influence of spin flow on lubricating oil jet must be taken into account in design of gearings. A multiphase flow model is established in computational fluid dynamics (CFD) to calculate the regimes of oil jet in spin flow. Schemes are developed to eliminate the effect of oil jet deviation in into mesh lubrication. The contra-flow in out of mesh condition is analyzed and found that the complete contra-flow arises when spray velocity is less than 1% (or higher for large module) of pitch velocity. The analysis results were verified by experimental results.     

压裂泵滑动轴承流体动压润滑性能研究*

压裂泵的十字头滑履与导板间隙、供油流量和油压等关键参数,目前主要通过工程经验进行调节,缺乏科学依据,易致导板磨损和烧瓦,严重影响压裂泵服役寿命。针对以上问题,建立3500HP压裂泵的轴瓦、轴承间隙及润滑油组成的流体力学系统,利用计算流体力学软件Fluent进行滑动轴承的流场分析,考察润滑油黏度、轴瓦间隙、润滑流量、润滑油压对压裂泵用滑动轴承的影响。结果表明：随着滑履与导板间隙的减小,导板的形变与应力会增大,最优导板间隙为0.5 mm左右;增大供油流量会使导板的形变与应力降低,供油流量最好不低于2.2 L/min;增大供油黏度会使导板的形变与应力变大,在0.2~0.4 Pa·s范围内供油黏度越小越好;随着供油油压的增大,导板的形变与应力增加显著,当油压大于4 MPa时,导板的应变与应力呈现指数级增大,当供油油压为3 MPa时,导板的形变与应力达到最小值。     

油气润滑角接触球轴承腔内空气压力分布数值分析

基于轴承腔内油气两相流流动模型,采用VOF方法和MRF模型对高速角接触球轴承腔内油气两相流的流动情况进行数值计算,重点分析轴承腔内和滚珠表面的压力分布,以及转速、初始空气压力等参数对压力分布的影响。结果表明:轴承腔内的压力因滚珠与保持架的搅动作用,整体处于负值,并且在局部区域形成漩涡;随着转速的增加,腔内压力在负方向上逐渐增大,内外圈之间的压差也随之增大;沿着滚珠自旋方向,压力在负方向上逐渐增大,到滚珠与内圈接触点附近达到最大值,这有利于将润滑油吸附到滚珠表面,从而得到更好的润滑效果;初始压力越大,腔内压力在数值上也越大,分布不均匀性程度随之加剧,初始压力的选取对轴承润滑有很大影响。