高线速圆柱齿轮传动润滑仿真研究

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高线速圆柱齿轮在新能源汽车及航空发动机附件齿轮箱中得到了广泛应用,而高线速圆柱齿轮在传动润滑过程中,润滑油受风阻气场阻碍难以进入齿轮啮合区,导致齿轮啮合润滑不足,引起齿轮磨损,并诱发大的振动烈度,进而影响服役性能,甚至危及飞行安全。因此,研究高线速圆柱齿轮传动润滑不足的问题至关重要。本文以某航空发动机附件齿轮箱齿轮为研究对象,基于有限元仿真方法,开展高线速圆柱齿轮传动润滑研究。主要研究工作及结论如下:(1)高线速圆柱齿轮润滑仿真。建立了高线速圆柱齿轮喷油润滑流场仿真模型,通过仿真计算结果与高速喷射润滑试验台的实验结果进行对比,验证了仿真的可行性;并对高线速圆柱齿轮传动采取飞溅润滑方式和喷油润滑方式下的润滑效果进行对比评价,得出在高线速圆柱齿轮传动润滑过程中,采用喷油润滑方式更佳。(2)润滑效果影响因素研究。针对啮入侧喷油和啮出侧喷油时,研究了齿轮线速度、喷油压力、润滑油粘度对圆柱齿轮传动润滑效果的影响。得出随着齿轮线速度的增加,齿轮啮合区的风阻气场对润滑油的阻碍随之增强,润滑油进入齿轮啮合区的难度增大;随着喷油压力和润滑油粘度的增加,润滑油克服风阻气场阻碍的能力增强,齿轮啮合区的气液总压及齿轮齿面油液体积分数随之增大,提升了高线速下圆柱齿轮传动的润滑效果,且啮入侧喷油的润滑效果要好于啮出侧喷油。(3)喷嘴布置优化研究。通过对高线速圆柱齿轮单相流风阻气场研究,得出了喷嘴位置布局的最优区域,再通过网格坐标参考系定位喷嘴的具体位置;并对不同齿轮线速度下,啮入侧和啮出侧喷嘴位置优化后的模型进行喷油润滑仿真分析,结果表明啮入侧喷油时啮合区的气液总压、油液体积分数及啮出侧喷油时齿面的对流换热系数显著提升,验证了通过单相流风阻气场分析喷嘴位置寻优方法的有效性。(4)某高线速度齿轮箱润滑优化。对某航空发动机附件齿轮箱进行流场仿真分析,发现啮入侧喷油时啮合区的气液总压及油液体积分数较低,啮出侧喷油时齿轮齿面的对流换热系数较小,齿轮箱整体润滑效果不良。针对齿轮箱润滑不足,提出增大喷油压力、润滑油粘度,并通过单相流风阻气场分析喷嘴位置寻优等优化措施,并再次进行仿真计算分析,结果表明齿轮箱优化后润滑效果提升显著,验证了优化方案的有效性。
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