基于CFD方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计.pdf
《基于CFD方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于CFD方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计.pdf(9页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 年 月第 卷 第 期润滑与密封 :文献引用:夏建芳,姚恒,陈思雨,等基于 方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计润滑与密封,():,():基金项目:国家自然科学基金青年基金项目();国家重点研发计划项目()收稿日期:;修回日期:作者简介:夏建芳(),男,硕士,教授,研究方向为工程机械设计与理论。:。通信作者:陈思雨(),男,博士,副教授,研究方向为齿轮系统动力学。:。基于 方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计夏建芳 姚 恒 陈思雨 王志伟 陶 轩 胡小舟(中南大学机电工程学院 湖南长沙)摘要:齿轮喷油润滑系统润滑效率与喷嘴布置角度、喷油速度等参数有关,但目前的喷嘴布置角度多数采用经验设计,
2、缺乏精确性且时间成本高。针对高线速度齿轮的喷油润滑问题,基于 (计算流体力学)方法建立高线速度直齿轮的喷油润滑流体计算模型,对喷油润滑中齿轮旋转产生的气流干涉问题进行分析;通过流场流线图确定最优喷嘴角度:绕入啮合区气流与齿面首个接触点向小齿轮的偏转角度,并研究齿轮传动比和转速等参数对喷嘴角度布置的影响。结果表明:齿轮旋转产生的气流干涉会形成进入啮合区的气流,沿该气流方向布置喷嘴角度相比传统布置方式润滑效率提升了 ,齿轮周围气流流动状况和最优喷嘴角度只与齿轮几何结构有关,与工况参数设置无关。关键词:齿轮传动;喷嘴角度;喷油润滑;润滑系统;高速齿轮箱中图分类号:(,):,:;在高速齿轮传动系统中,
3、通常使用喷油润滑的方式对传动系统进行润滑与冷却。然而随着齿轮转速升高,齿轮旋转所产生的气流会形成空气屏障,阻碍润滑油进入齿轮啮合点且使润滑油流束破碎,导致啮合区的润滑油量减少,进而导致润滑效率降低。等针对不同齿轮的不同啮合状态、喷油方向的喷油润滑进行了一系列的研究,发现润滑效率不仅与喷油参数和传动比参数有关,还受喷油位置和角度的影响。如何对喷油润滑系统的相关参数进行设计以最大限度地提升润滑效率,减少系统使用的油量,同时保持齿轮箱的可靠性,了解齿轮箱内部的润滑油流场的动态特性是非常有必要的。目前普遍采用计算机仿真模拟的方法研究复杂箱体内流体的流动情况。年,等首次采用油 空气两相流 ()方法对齿轮
4、风阻与搅油损失进行研究,并证明该方法是研究高速齿轮风阻损失的有效工具。等在 年运用 方法模拟了齿轮喷油润滑过程,并评估了喷油润滑所产生的阻力扭矩。曹寓等人在 年在 中采用 模型及动网格技术进行流场动态仿真,得出了不同时刻齿轮箱内各个位置油液的体积分数以及油压、流速的变化规律,分析了不同喷油 流 量 对 齿 轮 润 滑 效 果 的 影 响。、等先后利用 与 软件建立了流体动力分析模型,研究了超高速齿轮喷油润滑时,各工况参数对油流束方向偏离乃至对润滑效率的影响,并给出了克服齿轮旋转引起空气屏障对润滑阻碍作用的方法。、等先后通过商用 软件研究了喷嘴入射角度、喷嘴与啮合点距离等布置参数对润滑效率的影响
5、,比较得出最优喷嘴布置方案。目前,对于高速齿轮箱的润滑问题,主要是运用商用流体软件对齿轮箱内部的流体动态特性分析,以进一步优化喷油润滑系统的设计,但总的来说,开展的时间较晚,相关报道较少。虽然上述文献对喷嘴布置方式进行了相关研究,但多数是依靠经验设计试验方案,通过仿真分析比较各方案得出最优方案,这样不仅会花费大量的时间在仿真计算上,而且得到的只是设计方案的最优方案,并不是理论上的最优方案。本文作者针对高线速度齿轮的喷油润滑问题,通过流体软件仿真研究了齿轮箱中流场的动态特性,对喷油润滑中齿轮旋转产生的气流与喷油流束的干涉问题进行分析,利用流场流线图寻找最优喷嘴布置角度,并研究喷嘴角度布置与齿轮传
6、动比和转速的影响。喷油润滑理论分析 湍流模型齿轮喷油润滑过程中,流体为有旋流动,且流体在齿轮弯曲壁面上流动,流体有较大的应变率,故选择 湍流模型。湍流动能 和湍流动能耗散率 方程为()()()()()()()()()其中,()式中:为流体密度;和 分别为位移和时间分量;、为张量指标;是湍流黏性系数;是混合流体湍流黏性系数;为净相变率;是由平均速度梯度产生的湍流动能;是由浮力影响产生的湍流动能;为可压缩湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响;、分别为湍流动能和耗散率的有效普朗特数的倒数;、为模型常数,由 软件给出。模型()多相流模型是一种求解多相流动和自由表面流动的计算模型,引入各项流体体积分数来跟踪
7、个或多个不混溶流体区域的自由表面。对于文中的润滑油空气两相流系统,该方法分别求解流体运动的动量方程和计算域内相分布的体积分数方程,由于仅由润滑油或空气占据的控制体积域分别具有 或 的体积分数,故 种不混溶的流体(润滑油空气)之间的界面位置可以根据计算域内的体积分数分布来确定,每个控制体积域内的流体物理参数是在平均流体体积分数的基础上计算的:()式中:代表流体的物理参数;代表体积分数,且。齿轮箱内部喷油润滑流场计算模型 几何模型文中采用直齿轮啮入侧喷油进行研究,表 给出了其几何模型和基本工况参数。为避免啮合区网格之间尺寸相差过大导致网格畸变进而导致计算出错,将齿轮对的中心距扩大 。表 齿轮箱几何
8、参数和工况参数 参数小齿轮大齿轮齿数模数 压力角 ()转速 ()中心距 齿宽 喷嘴直径 喷嘴离啮合点距离 润滑油密度 ()润滑油动力黏度 ()喷油速度 ()年第 期夏建芳等:基于 方法的高线速度齿轮最优喷嘴布置角度设计 流场计算模型将齿轮对导入 中,抽取流体外壳作为齿轮箱内部流体域。为了提高仿真准确性以及清晰地表征喷油流束的流动情况,需要将喷油流束流经的路径进行网格加密。故将润滑油流束流过的路径取一圆柱(如图()所示),再与原流体域进行布尔运算相减,形成中间与外部 个部分的流体域,并采用共享拓扑的方式,使 个流体域共用边界面。目的是使 个流体域网格共节点,在仿真过程中的网格重构中更加流畅,并减
9、少结构中的边界面数量。在 模块中,将外部流体域采用默认的网格划分方式,识别曲率与临近度,将内部流体域的网格加密到 ,最终网格数为 (如图()所示),并导入到 模块。软件仿真的主要设置如下:时间选项为瞬态,采用 多相流模型,打开隐式选项,湍流模型选择 模型,临近壁面选择标准壁面函数,材料中引入润滑油与空气分别作为多相流中的两项,喷嘴出口为速度入口,水力直径为 。底部作为压力出口,所有墙面都是用非滑动静止壁面条件。求解器中,压力速度耦合采用标准 算法,梯度差分选项中选择最小二乘方法,压力选项中选择!,湍流动能选项中选择二阶迎风格式。图 流体计算域几何结构与网格处理示意 :();()齿轮转动采用动网
10、格技术进行模拟,采用铺层法与局部重构法对网格进行控制,选择齿轮对为动网格控制区域,选择区域类型为刚体。运算时间步长为。最优喷嘴角度的提取方法与验证 最优喷嘴角度的提取图 所示是润滑油体积分数渲染图,为了显示啮合区的润滑油分布,将小齿轮透明化显示。图片中表明润滑油能够顺利进入啮合区进行润滑与冷却,图()所示是齿轮箱内速度矢量分布,速度矢量能够表示齿轮箱内各点上的速度方向与大小,流场整体的速度矢量分布能够区域性地表示齿轮箱内的空气流动状况。图 ()所示是齿轮箱底部视角的速度矢量分布,可以看出齿轮在啮合处有部分的轴向流动,且在齿轮边缘速度矢量会集中在齿轮的齿宽中心。图 润滑油体积分数渲染 图 齿轮箱
11、内流场速度矢量分布 :();()润滑与密封第 卷图 所示为齿轮中间截面上的速度流线,速度流线是与流场中每一点上的速度矢量相切的曲线,代表了流场中各点的流动路径,区别于速度矢量图,流线图更强调质点运动的连续性。图 ()所示是正常工况下截面上的流场流线,齿轮高速旋转在齿顶周围形成了空气屏障,喷油流束突破了空气屏障进入到齿轮啮合区进行润滑;在喷油过程中,空气屏障与喷油流束发生干涉,导致流入啮合区的油量减少,流体动力损失增大,润滑效率降低;同时,喷油流束也影响了齿轮周围的空气流动状况。因此,为了研究齿轮原始工作情况下周围的空气流动状况,调出停止喷油齿轮空转时的速度流线图(如图 ()所示),发现除了在啮
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 CFD 方法 线速度 齿轮 最优 喷嘴 布置 角度 设计
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。