CN104776191B - 一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法，包括以下步骤：1)选取主动齿轮上的一个轮齿；2)将其一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度；3)将其另一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度；4)重复步骤1)～3)，直至将主动齿轮上所有轮齿的两侧齿面进行了一次旋转操作，由此生成了新的主动齿轮的模型；5)选取被动齿轮上的一个轮齿；6)将其一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度；7)将其另一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度；8)重复步骤5)～7)，直至将被动齿轮上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的被动齿轮的模型。
Description
技术领域
本发明涉及一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法，属于齿轮传动技术领域。
背景技术
齿轮飞溅润滑是工程机械中常用的润滑形式，尤其在低速重载传动系统中，如变速箱、驱动桥等，即齿轮转动时使润滑油发生飞溅到达需要润滑的齿轮或轴承处实现润滑。飞溅润滑过程具有非稳态、两相流等复杂特性，很难通过理论分析或试验方法了解润滑油在箱体内部的流动过程。因此，近年来国内外学者逐步开展了采用数值仿真技术对齿轮飞溅润滑过程进行分析。数值仿真需要对润滑油流动空间进行离散化，即网格划分。由于齿轮之间存在啮合，啮合位置处间隙较小，直接进行网格划分容易造成该区域网格畸变，给数值求解带来了困难，所以在流体域网格划分时需要对啮合位置进行处理。
目前，现有技术中关于飞溅润滑数值仿真分析模型中齿轮处理的常用方法包括无齿法、单向切齿法、双向切齿法和分离法。文献(Frantisek LEMFELD.Numericalsimulation of unsteady oil flows in the gear-boxes.Journal of applied sciencein the thermodynamics and fluid mechanics，2007，1(1)：1-5.)中提及了一种采用两个圆盘替代齿轮的简化方法，即无齿法。文献(林银辉.双离合器自动变速器油轨的流场模拟及其润滑效果评价.中国机械工程，2013(22)：3052-3056)在对齿轮飞溅润滑仿真分析中采用了单向切齿法，即将啮合齿轮对中一个齿轮沿齿根圆进行切齿，而另一个齿轮保持真实结构。文献(Thomas Moshamer.Simulation of Oil Flow in Gear Box Housing.SAETechnical Paper，2006，01：1574.)中采用了双向切齿法，即将一对啮合齿轮中两个齿轮的齿顶高部分切除。文献(董春锋.基于动网格的齿轮箱内部流场数值模拟.机械研究与应用，2012(2)：17-19.)提及了一种通过增加两个齿轮之间的安装中心来加大齿轮啮合区域的间隙的齿轮处理方法，即分离法。
上述几种处理方法的问题在于：1、无齿法、单向切齿法和双向切齿法的思路是切除全部或部分轮齿，简化处理后的模型不再存在啮合现象，从而克服由于轮齿啮合区域间隙较小而造成的网格划分困难的问题。然而，这些处理方法对齿轮结构进行了较大的修改，忽略或者减弱了轮齿的搅油作用。在实际情况中，齿轮在旋转过程中轮齿处的线速度较高，对润滑油的飞溅效果影响较大，无齿或切齿的处理方法建立的分析模型给仿真结果带来了较大的误差，与实际情况不符。2、分离法的思路是人为调整一对齿轮间的安装中心距，使得原本紧密啮合的齿轮在啮合位置处的间隙增大，从而便于网格划分。然而，在实际齿轮传动系统中，齿轮的安装位置与轴承、箱体、油道等结构相关，改变齿轮的安装位置可能导致齿轮与其他结构干涉等问题，因而在工程实际应用中受到较大的限制。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种便于网格划分且对齿轮结构改动较小的飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法，包括以下步骤：1)选取主动齿轮上的一个轮齿；2)将位于所选取轮齿一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生一新的齿面；3)将位于所选取轮齿另一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，从而产生一新的齿面；其中，该旋转角度与步骤2)中齿面的旋转角度大小相等、方向相反；4)重复实施步骤1)～3)，直至将主动齿轮上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的主动齿轮的模型；5)选取被动齿轮上的一个轮齿；6)将步骤5)所选取轮齿一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生一新的齿面；7)将步骤5)所选取轮齿另一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，从而产生一新的齿面；其中，该旋转角度与步骤6)中齿面的旋转角度大小相等、方向相反；8)重复实施步骤5)～7)，直至将被动齿轮上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的被动齿轮的模型。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明方法通过对齿轮轮齿两侧的齿面的旋转操作，使得齿轮的齿厚有所减小，从而使两个齿轮在啮合处的间歇增大，进而可以方便对啮合区域的流体区域进行网格划分，以避免齿轮啮合区域网格畸变等问题。2、本发明与现有的无齿法、单向切齿法和双向切齿法相比，仅对齿轮的齿厚进行了少量的修改，对齿轮整体轮廓形状改变很小，因此，对齿轮整体的搅油效果影响较小，建立的飞溅润滑分析模型精度更加可靠。3、本发明与现有的分离法相比，不需要改变齿轮原来的安装位置，能够避免人为增大齿轮安装中心距而带来的齿轮与其他结构干涉等问题，因此，在工程应用中适用性更强。本发明可广泛应用于齿轮传动机械的飞溅润滑数值仿真分析中，技术可向国内外汽车、船舶、轨道机车、航空、重型机械等企业和科研单位推广。
附图说明
图1是齿轮箱结构示意简图；
图2是图1中主动齿轮与被动齿轮啮合区域的放大示意图；
图3是齿轮上某一轮齿的单侧齿面旋转移动示意图；
图4是齿轮上某一轮齿的双侧齿面旋转移动示意图；
图5是齿轮进行齿面移动操作前后的对比示意图；
图6是一对齿轮进行齿面移动操作后的示意图；
图7是图6中一对齿轮进行齿面移动操作后的啮合区域放大示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
下面以齿轮箱结构为例说明本发明的方法：
如图1所示，齿轮箱主要由壳体1、主动齿轮2和被动齿轮3组成，被动齿轮3在主动齿轮2的驱动下进行旋转。润滑油在主动齿轮2和被动齿轮3的带动下在齿轮箱内发生飞溅，进而实现对齿轮箱内关键位置的润滑。图2为图1中主动齿轮2与被动齿轮3啮合区域4的放大示意图，从图中可见，主动齿轮2与被动齿轮3在A、B、C、D四个接触点附近间隙极小，在这些间隙极小的区域流体域网格划分非常困难，进而会导致后续数值仿真过程出现发散等问题。
针对上述问题，本发明提出了一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法，包括以下步骤：
1)选取主动齿轮2上的一个轮齿。
2)如图3所示，将位于所选取轮齿一侧的齿面5绕主动齿轮2的中心O1向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生新的齿面6。
3)如图4所示，将位于所选取轮齿另一侧的齿面7绕主动齿轮2的中心O1向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，该旋转角度与步骤2)中齿面5的旋转角度大小相等、方向相反，从而产生新的齿面8。
4)重复实施步骤1)～3)，直至对主动齿轮2上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的主动齿轮9(如图5所示)的模型。
5)选取被动齿轮3上的一个轮齿。
6)将步骤5)所选取轮齿一侧的齿面绕被动齿轮3的中心O2向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生新的齿面。
7)将步骤5)所选取轮齿另一侧的齿面绕被动齿轮3的中心O2向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，该旋转角度与步骤6)中齿面的旋转角度大小相等、方向相反，从而产生新的齿面。
8)重复实施步骤5)～7)，直至对被动齿轮3上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的被动齿轮10的模型(如图6所示)。
图5给出了新的主动齿轮9与原来的主动齿轮2的形状对比示意图，其中，虚线为原来的主动齿轮2，实线为新的主动齿轮9，从图中可以看出，两者形状非常接近。图6为进行齿面旋转移动操作之后新的主动齿轮9和新的被动齿轮10的安装示意图。图7为新的主动齿轮9和新的被动齿轮10啮合区域11的放大示意图，从图7中可以看出，由于进行了齿面旋转移动操作，新的主动齿轮9和新的被动齿轮10的齿厚有所减小，两个齿轮在啮合处的间隙增大，从而方便对啮合区域的流体区域进行网格划分，避免了齿轮啮合区域网格畸变等问题。
上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法，包括以下步骤：
1)选取主动齿轮上的一个轮齿；
2)将位于所选取轮齿一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生一新的齿面；
3)将位于所选取轮齿另一侧的齿面绕主动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，从而产生一新的齿面；其中，该旋转角度与步骤2)中齿面的旋转角度大小相等、方向相反；
4)重复实施步骤1)～3)，直至将主动齿轮上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的主动齿轮的模型；
5)选取被动齿轮上的一个轮齿；
6)将步骤5)所选取轮齿一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚减小的方向旋转一定的角度，产生一新的齿面；
7)将步骤5)所选取轮齿另一侧的齿面绕被动齿轮的中心向使该轮齿的齿厚进一步减小的方向旋转一角度，从而产生一新的齿面；其中，该旋转角度与步骤6)中齿面的旋转角度大小相等、方向相反；
8)重复实施步骤5)～7)，直至将被动齿轮上所有的轮齿的两侧齿面均进行了一次旋转操作，由此生成了新的被动齿轮的模型。
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