CN114117673A - 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法 - Google Patents

一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114117673A
CN114117673A CN202111412984.0A CN202111412984A CN114117673A CN 114117673 A CN114117673 A CN 114117673A CN 202111412984 A CN202111412984 A CN 202111412984A CN 114117673 A CN114117673 A CN 114117673A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear
nozzle
meshing
optimal
orientation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111412984.0A
Other languages
English (en)
Inventor
范静园
罗文军
吴红美
胡玉梅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing University
Original Assignee
Chongqing University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University filed Critical Chongqing University
Priority to CN202111412984.0A priority Critical patent/CN114117673A/zh
Publication of CN114117673A publication Critical patent/CN114117673A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • General Details Of Gearings (AREA)

Abstract

本发明涉及一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，属于齿轮传动润滑技术领域，建立齿轮啮合有限元模型，对齿轮啮合有限元模型进行高线速度单相流气场仿真分析，在啮合齿轮的啮入侧区域或啮出侧区域建立多个喷点的待选点，通过各待选点的速度流线确定最优润滑喷嘴方位，最终确定的最优喷嘴位置坐标，在两齿轮的中心平面上，与两齿轮分度圆切点距离L在30‑40mm范围内，喷射方向朝向小齿轮，并对确定出的最优润滑喷嘴方位进行瞬态流场仿真分析验证。本发明采用流体瞬态有限元仿真分析筛选并确定出最优喷嘴布置方位，最后通过喷嘴的喷油过程仿真分析，验证所确定的喷嘴布置方位能使啮合齿面在啮合时刻的油液体积分数达到优秀，即可以保证高速啮合齿轮在服役过程中的良好润滑。

Description

一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法
技术领域
本发明涉及齿轮传动润滑技术领域，具体涉及一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法。
背景技术
齿轮传动逐渐往高线速、高负载方向发展，与传统的低线速度齿轮相比，高线速度齿轮在服役过程中，啮合齿面之间的相对滑动增大，如果润滑不足，啮合齿面摩擦产生大量的热量，使啮合齿面温度急剧上升，啮合齿面极易发生磨损、胶合破坏，影响齿轮传动性能。
在航空齿轮传动中，多采用喷油润滑的方式对齿轮进行润滑和冷却，目前齿轮的润滑喷嘴布置方位参数设计主要是依靠工程师的设计经验以及进行设计方案的实验验证，这种设计方法无法对喷嘴的布置方位的优劣性有一个前瞻性的预判，并且实验验证受困于模型制造以及实验条件等限制，难度较大，且无法快速、准确地得出最佳方案。
因此，有必要提出一种新的高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，可以快速得到喷嘴的最优布置方位，对于缩短高线速度齿轮润滑喷嘴方位设计周期、提高工作效率和降低成本提供帮助。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，以解决现有技术由于依靠工程经验无法快速得出最佳方案而存在设计周期长、工作效率低、成本高的问题。
为了达到以上目的，本发明通过以下方案来实现：
一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，建立齿轮啮合有限元模型，对齿轮啮合有限元模型进行高线速度单相流气场仿真分析，在啮合齿轮的啮入侧区域或啮出侧区域建立多个喷点的待选点，通过各待选点的速度流线确定最优润滑喷嘴方位，对确定出的最优润滑喷嘴方位进行验证。
进一步，所述最优润滑喷嘴方位的确定包括喷嘴位置坐标的确定和射流方向的确定。
进一步，喷嘴位置坐标的确定：通过待选点的速度流线能否顺利进入齿轮啮合齿面区域确定出最优喷嘴位置坐标。
进一步，最终确定的喷嘴坐标：在两齿轮的中心平面上，且与两齿轮分度圆切点距离为30-40mm。
进一步，射流方向的确定：与确定的最优喷点的气场速度流线方向一致。
进一步，喷嘴射流方向：朝向小齿轮方向。
进一步，对最优润滑喷嘴方位的验证过程：通过所述最优喷嘴布置方位建立高线速度齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型，并进行喷油过程的仿真分析，查看齿轮啮合齿面的油液体积分数云图及数值随时间的变化曲线，所确定的最优润滑喷嘴方位能使啮合齿面在啮合时刻的油液体积分数为优秀时，即可确定该方位的正确性。
与现有技术相比，本发明的创新之处在于：
本发明采用流体瞬态有限元仿真分析技术对高线速度齿轮啮合进行单相流气场仿真分析，得到齿轮高速旋转过程中，齿轮啮合区域周围气流的流线轨迹及运动趋势，通过查看该区域可能成为喷点位置的各待选点的速度流线能否顺利进入齿轮啮合齿面区域，筛选并确定出最优喷嘴布置方位；进一步，通过建立高线速度直齿圆柱齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型，进行喷嘴的喷油过程仿真分析，查看齿轮啮合齿面的油液体积分数云图及数值随时间的变化曲线，验证所确定的喷嘴布置方位能使啮合齿面在啮合时刻的油液体积分数达到优秀，即可以保证高速啮合齿轮在服役过程中的良好润滑。
附图说明
图1为本发明所涉及的高线速度直齿圆柱齿轮啮合单相流气场仿真分析有限元网格模型图；
图2为本发明所涉及的齿轮箱中间平面气流速度矢量图；
图3为本发明所涉及的齿轮啮入侧区域喷点待选点的速度流线图；
图4为本发明所涉及的最终确定的最优喷点的速度流线图；
图5为本发明所涉及的最终确定的最优喷点的射流方向示意图；
图6为本发明所涉及的高线速度直齿圆柱齿轮齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型；
图7为本发明所涉及的喷油仿真模型轮齿表面油液体积分数云图；
图8为本发明所涉及的喷油模型啮合齿面平均油液体积分数随时间变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和创新之处更加清晰明了，下面结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
本发明提供一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，该方法的分析模型为一对啮合齿轮，服役工况为高线速度，本发明的高线速度是指大于40m/s。具体包括以下步骤：
1、建立三维模型：
通过UG、PRO-E或SOLIDWORKS等三维软件建立高线速度啮合齿轮的参数化模型；
2、建立有限元模型：
将上一步骤建立的高线速度啮合齿轮三维参数化模型导入ANSA软件中，进行有限元网格划分，建立高线速度齿轮啮合单相流气场仿真分析的有限元模型；
3、进行气场仿真分析：
运用Fluent仿真分析软件进行高线速度齿轮啮合单相流气场仿真分析，得到齿轮高速旋转过程中，齿轮啮合区域周围气流的流线轨迹及运动趋势。
4、最优喷点布置方位确定:
最优喷嘴的布置方位，主要有喷嘴的位置坐标以及射流方向两个方面。最优喷嘴的位置坐标确定，即在啮合齿轮的啮入侧区域、或啮出侧区域建立多个喷点待选点(文中以啮入侧区域为例进行陈述，啮出侧类似)，并提取各待选点的速度流线，通过判断待选点的速度流线能否顺利进入齿轮啮合齿面区域(也即：齿面润滑区域、或散热区域)，筛选并确定出最优喷嘴位置坐标。最优的喷嘴位置坐标在两齿轮的中心平面上，与两齿轮分度圆切点距离L在30-40mm范围内。
喷嘴的射流方向则是与筛选并确定出的最优喷点的气场速度流线方向保持一致。最优喷嘴射流方向：朝向小齿轮方向。通过这种方法确定喷嘴布置方位可以使润滑喷嘴喷出的润滑油在齿轮高速旋转气流的带动下，顺利进入啮合齿面区域，保证高线速度啮合齿轮在服役过程中的良好润滑。
5、最优喷点方位验证:
通过步骤4所确定出的最优喷嘴布置方位，建立高线速度齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型，并进行喷嘴的喷油过程仿真分析，查看齿轮啮合齿面的油液体积分数云图及数值随时间的变化曲线，验证所确定的喷嘴布置方位能使啮合齿面在啮合时刻的油液体积分数达到优秀，即可以保证高速啮合齿轮在服役过程中的良好润滑。
下面用一实施例对上述方法作进一步阐述：
本发明选定的实施例为一对直齿圆柱齿轮，首先通过UG、PRO-E或SOLIDWORKS等三维软件建立高线速啮合直齿圆柱齿轮的参数化模型，并将其导入ANSA软件中，进行有限元网格划分，建立高线速度直齿圆柱齿轮啮合单相流气场仿真分析的有限元模型，具体如图1所示；
其次采用Fluent仿真分析软件，进行线速度为100m/s仿真工况的直齿圆柱齿轮啮合单相流瞬态气场仿真分析，得到齿轮高速旋转过程中，齿轮啮合区域周围气流的流线轨迹及运动趋势，查看齿轮箱中心平面的气流速度矢量图，具体如图2所示；
然后在啮合齿轮的啮入侧区域、或啮出侧区域建立多个待选点，本实施例中以啮入侧区域为例进行陈述，啮出侧类似，提取各待选点的速度流线，具体如图3所示，发现仅有一个喷点的速度流线能够顺利进入齿轮啮合齿面区域处，其余点的速度流线受气流影响偏离齿轮啮合区域，通过判断待选点的速度流线能否顺利进入齿轮啮合齿面区域(也即：齿面润滑区域、或散热区域)，筛选并确定出最优润滑喷嘴布置位置坐标，最终确定出的喷点具体位置如图4所示。最优的喷嘴位置坐标在两齿轮的中心平面上，与两齿轮分度圆切点距离L在30-40mm范围内。
喷嘴的射流方向则是与之前筛选并确定出的最优喷点的气场速度流线方向保持一致,朝向小齿轮方向，如图5中的α。通过这种方法确定喷嘴布置方位可以使润滑喷嘴喷出的润滑油在齿轮高速旋转气流的带动下，顺利进入啮合齿面区域，保证高线速度啮合直齿圆柱齿轮在服役过程中的良好润滑。
最后，通过上一步所确定出的最优喷嘴布置方位，建立高线速度直齿圆柱齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型，具体如图6所示，并进行齿轮线速度为100m/s的喷嘴喷油过程仿真分析，计算至稳定时刻，查看齿轮啮合齿面的油液体积分数云图及数值随时间的变化曲线，具体如图7，图8所示，啮合齿面的在啮合时刻时油液体积分数可达到0.814。值得说明的是，对于高线速的齿轮润滑，啮合齿面油液体积分数是否优秀并没有明确的规定，但是通常情况下啮合齿面各区域的油液体积分数大小为：齿顶区域>节线区域>齿根区域，而整个啮合齿面平均油液体积分数能达到0.8，已经属于一个很高的水平，即该喷嘴布置方位可以保证高线速直齿圆柱齿轮在服役过程中的良好润滑。

Claims (7)

1.一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于:建立齿轮啮合有限元模型，对齿轮啮合有限元模型进行高线速度单相流气场仿真分析，在啮合齿轮的啮入侧区域或啮出侧区域建立多个喷点的待选点，通过各待选点的速度流线确定最优润滑喷嘴方位，对确定出的最优润滑喷嘴方位进行验证。
2.根据权利要求1所述的一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：所述最优润滑喷嘴方位的确定包括喷嘴位置坐标的确定和射流方向的确定。
3.根据权利要求2所述的一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：喷嘴位置坐标的确定：通过待选点的速度流线能否顺利进入齿轮啮合齿面区域确定出最优喷嘴位置坐标。
4.根据权利要求2所述的一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：射流方向的确定：与确定的最优喷点的气场速度流线方向一致。
5.根据权利要求2所述的一种高线速度最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：最终确定的喷嘴坐标，在两齿轮的中心平面上，且与两齿轮分度圆切点距离为30-40mm。
6.根据权利要求2所述的一种高线速度最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：最终确定的喷嘴射流方向朝向小齿轮。
7.根据权利要求1所述的一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法，其特征在于：对最优润滑喷嘴方位的验证过程：通过所述最优喷嘴布置方位建立高线速度齿轮啮合喷油润滑瞬态仿真分析模型，并进行喷油过程的仿真分析，查看齿轮啮合齿面的油液体积分数云图及数值随时间的变化曲线，所确定的最优润滑喷嘴方位能使啮合齿面在啮合时刻的油液体积分数为优秀时，即可确定该方位的正确性。
CN202111412984.0A 2021-11-25 2021-11-25 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法 Pending CN114117673A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111412984.0A CN114117673A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111412984.0A CN114117673A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114117673A true CN114117673A (zh) 2022-03-01

Family

ID=80372922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111412984.0A Pending CN114117673A (zh) 2021-11-25 2021-11-25 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114117673A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117113885A (zh) * 2023-10-21 2023-11-24 河南平和滤清器有限公司 一种基于cfd的电驱流量分配系统仿真方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104776191A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 清华大学 一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法
CN110362919A (zh) * 2019-07-13 2019-10-22 青岛科技大学 一种近红外塑料分选喷嘴优化设计方法
CN112364464A (zh) * 2020-11-27 2021-02-12 李江南 一种齿轮卡死模拟方法
CN113010977A (zh) * 2021-02-09 2021-06-22 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种齿轮喷油润滑优化仿真方法
CN113312729A (zh) * 2021-06-24 2021-08-27 南京航空航天大学 一种飞溅润滑螺旋锥齿轮润滑状态的识别方法及系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104776191A (zh) * 2015-04-02 2015-07-15 清华大学 一种飞溅润滑建模过程中齿轮模型的处理方法
CN110362919A (zh) * 2019-07-13 2019-10-22 青岛科技大学 一种近红外塑料分选喷嘴优化设计方法
CN112364464A (zh) * 2020-11-27 2021-02-12 李江南 一种齿轮卡死模拟方法
CN113010977A (zh) * 2021-02-09 2021-06-22 中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 一种齿轮喷油润滑优化仿真方法
CN113312729A (zh) * 2021-06-24 2021-08-27 南京航空航天大学 一种飞溅润滑螺旋锥齿轮润滑状态的识别方法及系统

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
范静园等: "高线速直齿轮润滑喷嘴方位参数寻优研究", 《润滑与密封》, vol. 48, no. 8, 15 August 2023 (2023-08-15), pages 105 - 113 *
钱雪凌等: "复杂齿轮箱喷射润滑及喷嘴位置寻优仿真研究", 《机械传动》, vol. 42, no. 10, 15 October 2018 (2018-10-15), pages 12 - 18 *
陈光等: "高速齿轮喷油润滑模拟研究", 《润滑与密封》, vol. 44, no. 10, 15 October 2019 (2019-10-15), pages 125 - 132 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117113885A (zh) * 2023-10-21 2023-11-24 河南平和滤清器有限公司 一种基于cfd的电驱流量分配系统仿真方法
CN117113885B (zh) * 2023-10-21 2024-02-02 河南平和滤清器有限公司 一种基于cfd的电驱流量分配系统仿真方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104881540B (zh) 一种涡轮气冷叶片叶身内型精确壁厚控制建模方法
CN114117673A (zh) 一种高线速度齿轮最优润滑喷嘴方位确定方法
CN112597583A (zh) 高速列车尾部射流气动减阻数值仿真分析方法及装置
Clarke et al. Effects of profile errors on lubrication performance of helical gears
Keller et al. Numerical modeling of oil-jet lubrication for spur gears using smoothed particle hydrodynamics
CN112347593B (zh) 一种基于齿面拓扑结构的非圆齿轮动态接触特性分析方法
Webb et al. Parametric modelling of a spiral bevel gear using CFD
CN111046533A (zh) 一种基于cfd预计算的风电机组单尾流分布模拟方法
CN108763806B (zh) 高速列车过特长双线隧道时列车及隧道表面所受静压的数值模拟分析方法
Penrose et al. Cricket ball swing: a preliminary analysis using computational fluid dynamics
CN117892459B (zh) 一种弧齿锥齿轮副啮合特性分析方法
CN103412985A (zh) 一种气冷叶片尾缘劈缝参数化设计方法
CN111079226A (zh) 一种基于cfd的汽车变速器润滑油液位仿真方法
Jie et al. The bulk temperature analysis of the involute spur gear based on parameterized modeling of APDL
Meister et al. Simulation of a 5MW wind turbine in an atmospheric boundary layer
CN112199777A (zh) 一种适用于模化仿生前缘流场特征的方法
Kumar et al. Wind turbine blade design and analysis with tubercle technology
Martín-San-Román et al. Lifting Line Free Wake Vortex Filament Method for the Evaluation of Floating Offshore Wind Turbines: First Step—Validation for Fixed Wind Turbines
Lu et al. Oil film deposition characteristics and judgment of lubrication effect of splash lubricated gears
Noorpoor Optimization gear oil pump in order to energy saving and environmental impact in a diesel engine
CN102338091B (zh) 一种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面构造
CN112362290B (zh) 一种机翼厚度公差对阻力系数影响的快速分析方法
CN109376472B (zh) 一种航空正交直齿面齿轮喷油润滑喷嘴布局优化设计方法
Shaw et al. Study of dimple effect on aerodynamic drag characteristics of a car
Arisawa et al. Applicability of Numerical Simulation to the Classification of Fluid Dynamic Loss in Aeroengine Transmission Gears

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination