高速齿轮喷油润滑流场与温度场仿真研究与应用.pdfVIP

中文摘要 摘 要 齿轮减速箱是传动系统中的重要部件，在运行时箱体内的各个齿轮之间的相 对摩擦会产生大量的热。同时齿轮高速旋转易造成啮合齿面的润滑和冷却不足， 最终导致传动系统温度过高，轮齿产生变形失效或卡死等危险情况。因此，分析 齿轮箱在运转时箱体内润滑油的流动和分布状况，以及最终平衡时各个齿轮的温 度，对于高速齿轮箱的设计及优化改进至关重要。本文采用理论与仿真相结合的 方法对某喷油润滑行星减速器的流场及温度场分布进行研究，主要内容和结论如 下： ① 采用解析法计算齿轮的啮合损失功率，并通过齿轮啮合生热仿真与理论计 算进行对比，将两者进行相互对比验证。通过仿真计算齿轮的风阻损失，并与以 往理论公式及实验结果进行对比。为之后章节中的温度场仿真提供热流边界。 ② 建立了一对斜齿轮喷油润滑分析模型，对其进行了流场及温度场仿真。对 FLUENT 软件进行了二次开发，通过UDF 程序对啮合齿面施加分布热源。得到了 齿轮齿面的油液比例、对流换热系数及温度场分布，并分析了仿真结果的合理性， 为后文中流场及温度场影响因素研究提供技术路线。 ③ 研究了齿轮转速、喷油距离和喷油流量三个变量对于喷油润滑齿轮流场及 温度场分布的影响。发现齿轮整体生热功率及温度随着转速的增加而增加，但风 阻损失随转速的增长速度高于啮合损失；喷油距离的增加会使润滑油进入啮合区 的难度增大，啮合区内齿面油液比例及对流换热系数减小，啮合损失功率增大， 齿轮温度上升；在一定范围内喷油流量的增加会明显提高啮合区内齿面油液比例， 降低齿轮的啮合损失和齿面温度，但喷油流量增长到一定程度后齿面油液比例达 到饱和，齿面温度不再随喷油流量增加而下降。 ④ 对某行星减速器进行了流场及温度场仿真分析。发现各对齿轮啮合区内的 油液比例普遍偏低，造成太阳轮啮合时产热量过大，散热情况不良，齿面温度过 高等问题。针对减速器的润滑及散热问题，对其喷油系统中的各个喷嘴的流量配 比以及喷油距离进行优化改进，并对改进后的模型进行二次分析，验证改进方案 的有效性。 关键词：高速齿轮；喷油润滑；行星减速器；温度场 I 英文摘要 Abstract Gear reducer is an important part of transmission system. During operation, a large amount of heat is generated due to friction of gears. At the same time, high speed rotation of gears can easily lead to insufficient lubrication and cooling of meshing tooth surface, which will eventually cause dangerous situations such as high temperature of transmission system, deformation failure or jamming of gear teeth, etc. Therefore, it is important to analyze the flow and distribution of the lubrication oil and the temperature of the gears in the gearbox during operation, which is essential for the design and optimization of high speed gearboxes. In this paper, the combination of theory and simulation is used to study the flow and temperature f