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。     

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。     

齿轮副高速搅油阻力矩理论计算与试验研究

效率是新能源汽车传动系统的重要研究内容之一,准确的齿轮副搅油阻力矩模型是提高传动系统效率水平的一大助力.不考虑风阻的影响,提出直齿轮副高速搅油阻力矩理论计算模型.依据高速齿轮运转时与润滑油的接触情况,把齿轮搅油阻力矩分为齿轮端面摩擦阻力矩、周面摩擦阻力矩与啮合区域挤压阻力矩三部分.运用流体动力学理论与摩擦学原理推导出单个齿轮的端面摩擦阻力矩与周面摩擦阻力矩;运用流体连续性方程、动量守恒以及伯努利原理推导出齿轮啮合区域挤压润滑油的挤压阻力矩,进而得到整个齿轮副搅油阻力矩的理论计算模型.搭建试验台架,通过多种工况参数试验验证了计算模型的可行性,理论计算结果与试验结果具有较好的一致性.在此基础上,完成了各参数对搅油阻力矩的影响规律分析.结果表明:转速、齿宽和浸油深度均会对搅油阻力矩产生影响,其中齿轮副啮合区域的挤压阻力矩占比最大;转速对搅油阻力矩的各个组成部分均会产生较大的影响;齿宽不影响端面摩擦阻力矩,但对挤压和周面摩擦阻力矩影响很大;浸油深度对挤压和端面摩擦阻力矩的影响更显著.     

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。     

变速箱中搅油功率损失的CFD分析

通过对变速箱内部腔体的简化建模,采用计算流体力学(CFD)方法对齿轮啮合转动时的搅油功率损失进行仿真,分析了齿顶圆直径、齿宽、齿轮螺旋角、温度以及油的类型等因素对搅油功率损失的影响。结果表明:所采用的仿真方法能较准确地预测变速箱搅油功率损失,这些因素对齿轮搅油功率损失均有较大影响。     

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。     

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。     

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UG的溅油机构的参数化建模及运动仿真

由于齿轮结构以及设计计算过程复杂,齿轮的三维参数化精确建模显得尤为重要。目前创建齿轮渐开线的方法有两种:一种是利用表达式创建;另一种是利用外挂创建。利用表达式创建渐开线,在减速器的润滑系统中采用了溅油润滑机构,中间大齿轮浸入下箱体的油液中,利用齿轮的啮合,将油液带入啮合表面,从而实现润滑降温的目的,在参数化建模的基础上,采用自顶向下的装配建模方法,建立齿轮润滑模型,并对其进行运动仿真。     

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％.     

塑料与钢制齿轮啮合的弹流润滑研究

在油润滑条件下，对改性聚醚醚酮塑料齿轮与钢制齿轮啮合时的弹流润滑机理进行了数值模拟研究，并将计算结果与钢制齿轮副的接触点压力、润滑膜厚等进行了对比。结果表明，塑料与钢制齿轮的啮合点处存在弹流润滑油膜，且油膜要比钢制齿轮间的啮合油膜要厚；塑料对钢齿轮啮合点处的最大和中心油膜压力都比钢对钢齿轮的啮合压力明显降低。     

齿轮传动系统的动态模拟

针对齿轮副非线性振动问题展开研究,综合分析了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励对齿轮系统振动的影响。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度。在进行齿轮副非线性振动的分析时,综合考虑了啮合冲击激励、时变啮合刚度和误差激励等非线性因素,建立了齿轮副非线性动力学模型,采用变步长四阶Runge-Kutta数值积分方法求解了系统的动态响应。     

设计参数优化对弧齿锥齿轮动力学特性影响的对比研究

以弧齿锥齿轮的压力角、刀尖圆角半径、大小轮齿厚比等设计参数为优化对象,基于多体多自由度动力学方程以及混合润滑摩擦模型,对齿轮系统动态特性进行对比研究。综合考虑了系统的时变摩擦力、动态啮合力、传递误差以及齿侧间隙等非线性因素的影响,同时考虑到实际工作中齿轮啮合处于既有润滑油膜接触又有粗糙峰接触的混合弹流润滑状态。对系统动态响应进行求解,结果表明,相较于优化设计参数前,优化后的弧齿锥齿轮在动态啮合力及动态传递误差方面都具有更优的表现。最后,通过试验台架进行试验验证了研究结果的准确性。     

采煤机牵引部齿轮润滑机构研究

采煤机的运行通过牵引传动系统控制，主要通过齿轮传动实现牵引工作，由于运行环境差等因素，齿轮磨损量较大。基于此，为改善各啮合齿轮的润滑情况，延长其使用寿命，系统设计了滴油齿轮润滑机构，减少了维护工作成本及任务量。     

间隙误差条件下辊轧机传动系统动态特性分析

基于齿轮系统动力学及非线性系统动力学理论,建立了考虑时变啮合刚度、综合啮合误差以及齿侧间隙等因素的叶片辊轧机传动系统的非线性动力学模型。采用数值积分方法对含间隙非线性微分方程组进行了求解,研究了齿侧间隙对辊轧机传动系统的动态特性影响。研究表明:齿侧间隙增大使系统由简谐振动进入混沌振动;传动系统啮合状态由双边冲击转为单边冲击,且间隙的增加对上轧辊一级齿轮-齿条以及二级齿轮-齿条啮合动态响应影响较大,对下轧辊齿轮-齿条啮合动态响应影响较小。     

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。     

轮边三级减速系统非线性动力学特性分析

以电动轮车辆新型行星齿轮传动三级轮边减速器为研究对象,对影响系统动力学特性的非线性因素进行分析。结合系统的结构特点,运用集中质量法建立纯扭转非线性动力学模型。并在推导构件相对位移的基础上,运用牛顿力学方程得到结构的运动微分方程。根据数学方程,基于Simulink搭建三级减速系统非线性分析模型,多级行星齿轮传动的齿轮副齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等均包含在模型中。结果表明:由于齿侧间隙、时变啮合刚度和综合啮合误差等因素的存在使系统表现出明显的非线性动力学特性,并在一定范围内使得振动响应更加复杂,跳跃现象更加明显;系统阻尼系数在一定范围内可以减小系统的振动振幅;新型三级系统较传统系统的振动幅度更大,变化频率更快,刚度、误差和阻尼的影响效果更明显;为此类研究提供参考依据。     

非对称聚合物行星齿轮瞬态弹流润滑分析

为满足机械结构紧凑化、轻量化要求,在行星齿轮传动系统中可应用非对称聚合物齿轮。为研究非对称聚合物行星齿轮传动中内啮合轮齿的瞬态弹流润滑性能,建立非对称聚合物行星齿轮内啮合传动的润滑模型,采用多重网格法进行了数值求解与仿真分析;对比分析了行星齿轮内啮合与外啮合几何参数的异同,探讨了齿轮运行工况以及齿轮副材料对非对称聚合物行星齿轮瞬态弹流润滑的影响;考虑热效应的影响,探究了非对称聚合物行星齿轮内啮合最高温升与3个特殊瞬时啮合点的温度分布变化规律,对比分析了等温与热弹流润滑条件下不同齿轮材料的弹流润滑性能。结果表明,由于传动啮合方式的不同,行星齿轮内啮合的几何参数不同于外啮合,齿轮转速和载荷对弹流润滑效果影响显著;使用非对称聚合物齿轮可提高齿轮承载能力和改善齿轮的等温弹流润滑性能;但高温重载时聚合物齿轮材料影响轮齿强度和散热效果,非对称聚合物行星齿轮更适于在低温低速环境中应用。     

用谐波平衡法分析齿轮耦合的转子－轴承系统的动力特性

在齿轮耦合的转子－轴承系统中,有多种因素使系统产生非线性振动。,有多种因素使系统产生非线性振动。在考虑齿轮时变啮合刚度和齿面间摩擦力的情况下,使用谐波平衡法,研究了系统的动力特性,并用数值解对其结果进行了校对。研究发现,由于齿轮时变啮合刚度和齿面摩擦力的影响,即使没有不平衡质量引起的激励,系统也会产生振动;即使是单频激励,系统也会产生多频响应。