CN111795821B - 一种减速器油量与油位关系的确定方法 - Google Patents

一种减速器油量与油位关系的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减速器领域，公开了一种减速器油量与油位关系的确定方法，包括以下步骤：建立减速器的三维模型，提取壳体内腔包络面，并封堵处理形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构；复制多次减速器内各个旋转件的初始结构，分别获得相应的旋转件多个转动位置的复制结构；选取多个高度不同的油位液面，基于每个油位液面同时切割壳体内腔包络实体结构、每个旋转件的初始结构和复制结构以及壳体内部其他结构，分别计算每个油位液面的旋转件初始结构和复制结构对应的油量平均值；根据选取的多个油位液面以及计算得到的每个油位液面对应的油量平均值形成多组数据，拟合得到油量与油位关系。本发明省时省力，效率高，提高了油量计算精度。

Description

一种减速器油量与油位关系的确定方法
技术领域
本发明涉及减速器领域，尤其涉及一种减速器油量与油位关系的确定方法。
背景技术
减速器总成普遍采用飞溅润滑方式，润滑所需要的润滑油油量直接与总成功率损失和油温相关。润滑油油量较大时，总成润滑性能好，但会导致总成功率损失增大，油温过度升高，进一步使得润滑油过早老化，缩短总成使用寿命；润滑油油量较小时，总成中的齿轮、轴承等旋转部件会由于润滑不足，而无法将齿轮、轴承滚动体等表面的热量及时带走，造成部件烧蚀等问题。
与油量直接相关的参数是油位，同一总成中，加注油量越大，油位越高，反之则油位越低。减速器润滑台架试验以及减速器润滑仿真计算均需要确定油量与油位关系，确定油量与油位关系主要有两种方法，一是基于物理样机的台架试验，二是基于虚拟样机的仿真计算。第一种方法采用多次加注油量，并测试相应油位以获得油量与油位关系曲线，需要在物理样机上开口观察测量油位，成本较高。第二种方法基于三维CAD模型，首先提取减速器壳体内表面，形成壳体内腔包络实体结构；然后应用布尔减运算，从壳体内腔包络实体结构中去除齿轮、差速器等结构，剩余结构的体积即为空气和油的总体积；最后应用不同的油位液面所在平面切割剩余结构，统计计算后获得油量与油位关系曲线。实际中的齿轮、差速器等结构可能会处于任意旋转位置，确定多种旋转位置情况下的油量与油位关系时，以上两种方法均需要重复大量相应工作，耗时费力。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种减速器油量与油位关系的确定方法，效率高，省时省力。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种减速器油量与油位关系的确定方法，包括以下步骤：
S1、建立减速器的三维模型，提取壳体内腔包络面，并处理形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构；
S2、复制多次减速器内各个旋转件的初始结构，分别获得相应的旋转件多个转动位置的复制结构；
S3、选取多个高度不同的油位液面，基于每个油位液面切割壳体内腔包络实体结构、每个旋转件的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，分别计算每个油位液面的旋转件初始结构和复制结构对应的油量平均值；
S4、根据选取的多个油位液面以及计算得到的每个油位液面对应的油量平均值形成多组数据，拟合得到油量与油位关系。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S1中，减速器的三维模型包括左壳体、右壳体、齿轮轴、差速器、轴承、垫片、油封、螺栓和油塞。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S1中，壳体内腔包络面包括与润滑油可接触的左壳体和右壳体的内表面以及油封的内表面。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S1中，对左壳体与油封之间的间隙、左壳体和右壳体之间的缝隙、壳体放油孔、油封的孔洞均采用平面封堵实体处理，以形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S2中，减速器内的旋转件包括齿轮轴、差速器和轴承滚动体。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S2中，差速器的原结构和复制结构绕其轴心线旋转，并均匀分布在90°范围内，齿轮轴和轴承滚动体的原结构和复制结构根据速比旋转相应的角度。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S3中，以壳体放油孔为基准选取多个高度不同的油位液面，至少一个油位液面穿过最高位置轴承的最下端轴承滚动体。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S3中，基于油位液面切割壳体内腔包络实体结构、齿轮轴的初始结构或复制结构、差速器的初始结构或复制结构、轴承滚动体的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，壳体内部其他结构包括壳体内部除旋转件和油封外的垫片、轴承外圈和轴承内圈。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S3中，测量油位液面以下所有结构的体积，包括壳体内腔包络实体结构剩余体积V1，旋转件初始结构剩余体积V2 0及其复制结构剩余体积V2 1、V2 2、……、V2 n，壳体内部其他结构剩余体积V3，旋转件初始结构对应油量为V0 0＝V1-V2 0-V3，旋转件复制结构对应油量分别为V0 1＝V1-V2 1-V3，V0 2＝V1-V2 2-V3，……，V0 n＝V1-V2 n-V3，计算获得旋转件初始结构和所有复制结构对应的油量平均值V0＝(V0 0+V0 1+V0 2+……+V0 n)/(n+1)，其中，n为旋转件的复制次数。
作为本发明的减速器油量与油位关系的确定方法的优选方案，在步骤S4中，通过最小二乘法多项式拟合得到油量与油位关系。
本发明的有益效果为：
本发明提供的减速器油量与油位关系的确定方法，通过采用油位液面所在平面一次性切割全部结构，人工完成不同结构体积相减，获得齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件多个转动状态下油量与油位，省时省力，提高了工作效率，规避了利用壳体内腔包络结构与齿轮轴、差速器等零部件直接进行布尔减运算遇到的计算量大问题，克服了每次布尔减运算仅能获得一种齿轮轴和差速器等旋转件状态下油量与油位关系的缺点；通过转动齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件的初始结构，复制得到处于不同旋转位置时的齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件的复制结构，模拟润滑油液面上升或下降现象，采用平均油量与油位的关系式，提高了油量计算精度；获得的油量与油位关系能够有效指导减速器总成的加油量试验，并快速锁定减速器基准加油量，缩短产品开发周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的减速器油量与油位关系的确定方法的流程示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的减速器的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的减速器隐藏右壳体的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的减速器隐藏左壳体和右壳体的结构示意图；
图5是图4中A处的放大示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的差速器的结构示意图；
图7是本发明具体实施方式提供的齿轮轴的结构示意图；
图8是本发明具体实施方式提供的壳体内腔包络面的结构示意图；
图9是图8中B处的放大示意图；
图10是图8中C处的放大示意图；
图11是本发明具体实施方式提供的壳体内腔包络实体结构的结构示意图；
图12是本发明具体实施方式提供的油位液面切割壳体内旋转件的初始结构的结构示意图；
图13是本发明具体实施方式提供的油位液面切割壳体内旋转件的第一次复制结构的结构示意图；
图14是本发明具体实施方式提供的油位液面切割壳体内旋转件的第二次复制结构的结构示意图；
图15是本发明具体实施方式提供的油位液面切割壳体内旋转件的第三次复制结构的结构示意图；
图16是本发明具体实施方式提供的油量与油位关系的拟合结果示意图。
图中：
1-左壳体；2-右壳体；3-齿轮轴；4-差速器；5-轴承；6-垫片；7-油封；8-螺栓；9-油塞；10-壳体内表面；11-油封内表面；12-间隙；13-缝隙；14-壳
体放油孔；15-油封孔洞；16-壳体内腔包络实体结构；
51-轴承滚动体；52-轴承外圈；53-轴承内圈；
101-第一油位液面；102-第二油位液面；103-第三油位液面。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例提供一种减速器油量与油位关系的确定方法，如图1所示，该减速器油量与油位关系的确定方法包括以下步骤：
S1、建立减速器的三维模型，提取壳体内腔包络面，并处理形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构；
S2、复制多次减速器内各个旋转件的初始结构，分别获得相应的旋转件多个转动位置的复制结构；
S3、选取多个高度不同的油位液面，基于每个油位液面切割壳体内腔包络实体结构、每个旋转件的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，分别计算每个油位液面的旋转件初始结构和复制结构对应的油量平均值；
S4、根据选取的多个油位液面以及计算得到的每个油位液面对应的油量平均值形成多组数据，拟合得到油量与油位关系。
可选地，在步骤S1中，如图2至图7所示，减速器的三维模型包括左壳体1、右壳体2、齿轮轴3、差速器4、轴承5、垫片6、油封7、螺栓8和油塞9。可以通过CAD、SolidWorks等三维建模软件建立减速器的三维模型。
可选地，在步骤S1中，如图8至图10所示，壳体内腔包络面包括与润滑油可接触的左壳体1和右壳体2的壳体内表面10以及油封内表面11。需要说明的是，壳体内腔包络面为不连续的结构。
可选地，在步骤S1中，对左壳体1与油封7之间的间隙12、左壳体1和右壳体2之间的缝隙13、壳体放油孔14、油封孔洞15均采用平面封堵实体处理，以形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构16(如图11所示)。通过平面封堵实体处理，将不连续的壳体内腔包络面填充过渡为各个表面之间连续封闭的壳体内腔包络实体结构16。
可选地，在步骤S2中，减速器内的旋转件包括齿轮轴3、差速器4和轴承滚动体51。当减速器内的旋转件转动至不同转动位置时，减速器内部的油位液面会相应地有所变化。
可选地，在步骤S2中，差速器4的原结构和复制结构绕其轴心线旋转，并均匀分布在90°范围内，齿轮轴3和轴承滚动体51的原结构和复制结构根据速比旋转相应的角度。在本实施例中，如图12至图15所示，齿轮轴3、差速器4和轴承滚动体51的初始结构分别复制3次，减少误差的同时，兼顾降低工作量。需要说明的是，图12为差速器处于0度位置，图13为差速器处于30度位置，图14为差速器处于60度位置，图15为差速器处于90度位置。
可选地，在步骤S3中，以壳体放油孔14为基准选取多个高度不同的油位液面，至少一个油位液面穿过最高位置轴承5的最下端轴承滚动体51。设置多个高度不同的油位液面，以获取多组数据进行多项式拟合。当减速器的转速较小时，选取的油位液面均需要没过最高位置轴承5的最下端轴承滚动体51，避免润滑不到位，以贴合实际情况，提高油量计算精度；当减速器的转速较大时，选取的多个油位液面中的至少一个没过最高位置轴承5的最下端轴承滚动体51即可，油位液面较低时，由于转速较大，润滑油能够在齿轮轴3、差速器4等旋转件的搅动下将轴承5润滑到位。
为方便测量油位液面以下所有结构的体积，可选地，在步骤S3中，基于油位液面切割壳体内腔包络实体结构16、齿轮轴3的初始结构或复制结构、差速器4的初始结构或复制结构、轴承滚动体51的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，壳体内部其他结构包括壳体内部除旋转件和油封7外的垫片6、轴承外圈52和轴承内圈53。
可选地，在步骤S3中，测量油位液面以下所有结构的体积，包括壳体内腔包络实体结构16剩余体积V1，旋转件初始结构剩余体积V2 0及其复制结构剩余体积V2 1、V2 2、……、V2 n，壳体内部其他结构剩余体积V3，旋转件初始结构对应油量为V0 0＝V1-V2 0-V3，旋转件复制结构对应油量分别为V0 1＝V1-V2 1-V3，V0 2＝V1-V2 2-V3，……，V0 n＝V1-V2 n-V3，计算获得旋转件初始结构和所有复制结构对应的油量平均值V0＝(V0 0+V0 1+V0 2+……+V0 n)/(n+1)，其中，n为旋转件的复制次数。
为方便理解，如图13至图15，假设旋转件的复制次数为三次，即n＝3，油位液面为60mm时，壳体内腔包络实体结构16剩余体积V1＝5.51L，旋转件初始结构剩余体积V2 0＝1.67L，旋转件复制结构剩余体积V2 1、V2 2、V2 3分别为1.69L、1.71L、1.72L，壳体内部其他结构剩余体积V3＝0.20L，旋转件初始结构对应油量为V0 0＝V1-V2 0-V3＝3.64L，旋转件复制结构对应油量分别为V0 1＝V1-V2 1-V3＝3.62L，V0 2＝V1-V2 2-V3＝3.60L，V0 3＝V1-V2 3-V3＝3.59L，最后，计算获得旋转件初始结构和所有复制结构对应的油量平均值V0＝(V0 0+V0 1+V0 2+V0 3)/(3+1)＝3.61L。
可选地，在步骤S4中，通过最小二乘法多项式拟合得到油量与油位关系。油量与油位关系可以通过EXCEL软件采用最小二乘法多项式拟合得到。例如，第一油位液面101为60mm时，油量平均值为3.61L，第二油位液面102为40mm时，油量平均值为2.07L，第三油位液面103为20mm时，油量平均值为1.21L，用EXCEL表作图(如图16所示)，应用最小二乘法拟合获得油量与油位的关系式为y＝0.0008x2-0.0079x+1.0295，式中x表示油位，y表示油量。当数据计算量较大时，油量与油位关系也可以通过MATLAB的多项式拟合工具箱拟合得到。
本实施例提供的减速器油量与油位关系的确定方法，通过采用油位液面所在平面一次性切割全部结构，人工完成不同结构体积相减，获得齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件多个转动状态下油量与油位，省时省力，提高了工作效率，规避了利用壳体内腔包络结构与齿轮轴、差速器等零部件直接进行布尔减运算遇到的计算量大问题，克服了每次布尔减运算仅能获得一种齿轮轴和差速器等旋转件状态下油量与油位关系的缺点；通过转动齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件的初始结构，复制得到处于不同旋转位置时的齿轮轴、差速器和轴承滚动体等旋转件的复制结构，模拟润滑油液面上升或下降现象，采用平均油量与油位的关系式，提高了油量计算精度；获得的油量与油位关系能够有效指导减速器总成的加油量试验，并快速锁定减速器基准加油量，缩短产品开发周期。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立减速器的三维模型，提取壳体内腔包络面，并采用平面封堵实体处理形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构；
S2、复制多次减速器内各个旋转件的初始结构，分别获得相应的旋转件多个转动位置的复制结构；
S3、选取多个高度不同的油位液面，基于每个油位液面切割壳体内腔包络实体结构、每个旋转件的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，分别计算每个油位液面的旋转件初始结构和复制结构对应的油量平均值；
S4、根据选取的多个油位液面以及计算得到的每个油位液面对应的油量平均值形成多组数据，拟合得到油量与油位关系。
2.根据权利要求1所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S1中，减速器的三维模型包括左壳体、右壳体、齿轮轴、差速器、轴承、垫片、油封、螺栓和油塞。
3.根据权利要求2所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S1中，壳体内腔包络面包括与润滑油可接触的左壳体和右壳体的内表面以及油封的内表面。
4.根据权利要求3所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S1中，对左壳体与油封之间的间隙、左壳体和右壳体之间的缝隙、壳体放油孔、油封的孔洞均采用平面封堵实体处理，以形成封闭连续的壳体内腔包络实体结构。
5.根据权利要求1所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S2中，减速器内的旋转件包括齿轮轴、差速器和轴承滚动体。
6.根据权利要求5所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S2中，差速器的原结构和复制结构绕其轴心线旋转，并均匀分布在90°范围内，齿轮轴和轴承滚动体的原结构和复制结构根据速比旋转相应的角度。
7.根据权利要求1所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S3中，以壳体放油孔为基准选取多个高度不同的油位液面，至少一个油位液面穿过最高位置轴承的最下端轴承滚动体。
8.根据权利要求7所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S3中，基于油位液面切割壳体内腔包络实体结构、齿轮轴的初始结构或复制结构、差速器的初始结构或复制结构、轴承滚动体的初始结构或复制结构以及壳体内部其他结构，壳体内部其他结构包括壳体内部除旋转件和油封外的垫片、轴承外圈和轴承内圈。
9.根据权利要求8所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S3中，测量油位液面以下所有结构的体积，包括壳体内腔包络实体结构剩余体积V1，旋转件初始结构剩余体积V2 0及其复制结构剩余体积V2 1、V2 2、……、V2 n，壳体内部其他结构剩余体积V3，旋转件初始结构对应油量为V0 0＝V1-V2 0-V3，旋转件复制结构对应油量分别为V0 1＝V1-V2 1-V3，V0 2＝V1-V2 2-V3，……，V0 n＝V1-V2 n-V3，计算获得旋转件初始结构和所有复制结构对应的油量平均值V0＝(V0 0+V0 1+V0 2+……+V0 n)/(n+1)，其中，n为旋转件的复制次数。
10.根据权利要求1所述的减速器油量与油位关系的确定方法，其特征在于，在步骤S4中，通过最小二乘法多项式拟合得到油量与油位关系。
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