CN116044982A - 一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，包括：盖板、进水接口、出水接口和两散热管，其中，盖板上开设有两装配通孔；进水接口和出水接口均设于盖板的一侧，进水接口的一端和出水接口的一端分别设于两装配通孔内；两散热管的一端分别与进水接口的一端和出水接口的一端连接，两散热管呈麻花状交叉缠绕，两散热管的至少一部分的外壁呈利于散热的圆翅片结构。本发明的散热管中的液体在麻花状的散热管中可形成湍流流动，管内冷却水流体质点相互混掺，能有效提高翅片管散热器的换热效果，换热效果更好。

Description

一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置

技术领域

本发明涉及散热器的技术领域，尤其涉及一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置。

背景技术

齿轮箱是机械装备中的关键基础零件之一。目前我国齿轮箱产品多采用展开式传动设计，具有体积大、承载力低、效率低等缺点，难以满足高端装备的发展需求，而功率合流多电机驱动齿轮箱具有大扭矩、低噪音、轻量化、高精度等优点。功率合流多电机并车齿轮箱采用多输入轴周向布置的紧凑结构，润滑形式为搅油润滑。当多电机并车驱动齿轮箱输入轴均满功率运行时，会造成箱内润滑油温快速升高，而油温过高易造成润滑失效，导致齿面啮合区域严重磨损。

目前，齿轮箱润滑油常采用的方式有风冷、水冷管冷却、润滑油站冷却。风冷仅作用于齿轮箱体，对于发热量较大的齿轮箱来说冷却效果欠佳；润滑油站冷却可采用风冷和水冷两种方式，但油站油温过冷会造成供油困难；水冷管冷却是目前最常用的冷却方式，其冷却管结构也有多种类型，目前多在管道外壁设置一至多个翅片以提高散热效率。其中单管散热效率低，多管散热又以牺牲结构紧凑性为代价提升散热效率，不适合功率合流多电机并车齿轮箱轻量化结构，由此可见，多电机并车驱动齿轮箱水冷系统的设计研究尤为重要，是实现高端装备发展需求的关键技术。

针对齿轮箱润滑油散热装置设计问题，现有技术如下：中国发明专利，公开号：CN104235336B公开了一种增强润滑油散热效率的翅片管，该装置将翅片管内设有一冷却水通道内管，内管与外管内壁间形成的间隙为导油通道，目的在于使润滑油形成紊流流动，提升散热效果。经静态试验该装置较普通管的散热效率有明显提高，但其间隙结构难以保证润滑油在齿轮箱满功率运行的动态过程中仍能稳定连续进入，该装置散热性能不稳定，可靠性欠佳。

中国发明专利，公开号：CN110793348A公开了一种大型设备用油的箱式风冷型翅片管散热器，其设有多列翅片管，翅片管之间相互连通，设备内润滑油通过多个翅片管形成的散热循环体以风冷的形式完成冷却后流回设备内。该装置散热效果虽较单管冷却有所上升，但所占空间体积较单管散热加大n倍，n为翅片管数目，导致整体设备体积、重量加大。

中国实用新型专利，公开号CN207510004U公开了一种双螺旋水冷串墨辊；中国实用新型专利，公开号CN210570121U公开了一种水冷管；中国实用新型专利，公开号CN202572812U公开了一种用于冷流道注射成型模具的、将低粘度双组份流体材料输送进模具型腔的双螺旋水冷针阀喷嘴。

然而上述专利文件公开的技术方案均无法保证液体在满功率运行的动态过程中仍能稳定连续进入的同时做到节省空间并能达到超越传统散热装置性能。故现急需一种能解决上述问题的散热装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，包括：盖板，所述盖板上开设有两装配通孔；进水接口和出水接口，所述进水接口和所述出水接口均设于所述盖板的一侧，所述进水接口的一端和所述出水接口的一端分别设于两所述装配通孔内；两散热管，两所述散热管的一端分别与所述进水接口的一端和所述出水接口的一端连接，两所述散热管呈麻花状交叉缠绕，两所述散热管的至少一部分的外壁呈利于散热的圆翅片结构。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，还包括：两套筒和两六角凸台，每一所述套筒均与一所述六角凸台相配合，两所述套筒分别连接所述进水接口和所述出水接口，两所述六角凸台分别连接两所述散热管。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述进水接口和所述出水接口上均开设有外螺纹。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述进水接口和所述出水接口上均可操作地安装有六角螺母以及六角螺纹套筒，每一所述六角螺母均与一所述套筒相对应，所述六角螺母和所述套筒分别设于所述盖板的两侧，两所述六角螺纹套筒分别安装所述进水接口的另一端和所述出水接口的另一端上。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述六角螺母和所述套筒的尺寸均大于所述装配通孔的尺寸。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述盖板上开设有若干螺栓连接孔。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中：

Re为雷诺数；

u为所述散热管中的平均流速；

d为所述散热管的直径；

v为所述散热管中的液体的运动粘滞系数。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述散热管的直径d=32mm；所述散热管中的液体的运动粘滞系数；所述散热管中的液体的密度为485.3kg/；所述散热管中的液体的体积流量为；由此可获得所述散热管中的液体的流速u=0.2m/s—0.4m/s；根据上述公式，Re=4200—8400。

上述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其中，所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中：

s为散热管呈麻花状单边旋转的螺距；

L为散热管的单边螺旋线长度；

H为传统的U型翅片管单边长度；

D为散热管的投影直径。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

（1）本发明相比于传统散热器箱外布置结构，本装置布置在齿轮箱内的底部润滑油液中，大大减小了散热器所占装配体积。此结构全面提高了齿轮箱内空间利用率，提高了整机的紧凑度，实现了齿轮箱轻量化目标。

（2）本发明省去了传统换热器进出水接口与水管的焊接工艺流程，避免了焊接缺陷，采取更简单可靠的机械连接方式，一方面避免了外置钢管布置不便的问题，另一方面螺栓连接装配速度快、连接性能最稳定，符合高端装备高稳定性、高可靠性、高精度的需求。

（3）本发明的散热管中的液体在麻花状的散热管中可形成湍流流动，管内冷却水流体质点相互混掺，能有效提高翅片管散热器的换热效果，换热效果更好。

附图说明

图1是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的示意图。

图2是本发明的图1中的A-A处的剖视示意图。

图3是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的散热管的示意图。

图4是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的盖板的示意图。

附图中：1、散热管；2、盖板；3、螺栓连接孔；4、六角螺母；5、六角螺纹套筒；6、套筒；7、六角凸台；8、进水接口；9、出水接口；10、外螺纹；11、装配通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。图1是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的示意图；图2是本发明的图1中的A-A处的剖视示意图；图3是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的散热管的示意图；图4是本发明的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置的盖板的示意图，参见图1至图4所示，示出较佳实施例的一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，包括：盖板2、进水接口8、出水接口9和两散热管1，其中，盖板2上开设有两装配通孔11；进水接口8和出水接口9均设于盖板2的一侧，进水接口8的一端和出水接口9的一端分别设于两装配通孔11内；两散热管1的一端分别与进水接口8的一端和出水接口9的一端连接，两散热管1呈麻花状交叉缠绕，两散热管1的至少一部分的外壁呈利于散热的圆翅片结构。

在一种优选的实施例中，还包括：两套筒6和两六角凸台7，每一套筒6均与一六角凸台7相配合，两套筒6分别连接进水接口8和出水接口9，两六角凸台7分别连接两散热管1。

在一种优选的实施例中，进水接口8和出水接口9上均开设有外螺纹10。

在一种优选的实施例中，进水接口8和出水接口9上均可操作地安装有六角螺母4以及六角螺纹套筒5，每一六角螺母4均与一套筒6相对应，六角螺母4和套筒6分别设于盖板2的两侧，两六角螺纹套筒5分别安装进水接口8的另一端和出水接口9的另一端上。

在一种优选的实施例中，六角螺母4和套筒6的尺寸均大于装配通孔11的尺寸。

在一种优选的实施例中，盖板2上开设有若干螺栓连接孔3。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：本发明的进一步实施例中，的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中

Re为雷诺数；

u为散热管1中的平均流速；

d为散热管1的直径；

v为散热管1中的液体的运动粘滞系数。

优选的，散热管1的直径d=32mm；散热管1中的液体的运动粘滞系数；散热管1中的液体的密度为485.3kg/；散热管1中的液体的体积流量为；由此可获得散热管1中的液体的流速u=0.2m/s—0.4m/s；根据上述公式，Re=4200—8400 。

本发明的进一步实施例中，的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中：

s为散热管1呈麻花状单边旋转的螺距；

L为散热管1的单边螺旋线长度；

H为传统的U型翅片管单边长度；

D为散热管1的投影直径。

在一种优选的实施例中，散热管1为U型管双侧管道交叉缠绕的变形结构，整体呈麻花型，有若干圆翅片，内部有中空圆管为冷却水通道。

在一种优选的实施例中，散热管1的麻花状设置改变冷却水通道形状，使冷却水在其中能形成湍流流动，提升了散热效果；且麻花结构大大节省了散热器所占空间体积，安置在齿轮箱底润滑油液中，提高了整机装备的紧凑程度，实现齿轮箱高端装备轻量化目标。

在一种优选的实施例中，进水接口8和出水接口9上均设有六角凸台7、外螺纹10，翅片管与盖板2通过配套六角螺母4形成螺纹连接副，均为可靠性较强的机械连接，在提升换热效果的前提下保证了结构的可靠性。

在一种优选的实施例中，盖板2制有装配通孔11与螺栓连接孔3，盖板2通过装配通孔11与散热管1实现螺栓连接，盖板2与多电机并车驱动齿轮箱箱体通过螺栓连接孔3进行连接；

在一种优选的实施例中，散热管1为一根U型管的变形结构，包括若干个散热圆翅片，散热管1内为中空圆管，散热管1上下两侧管道交叉缠绕呈麻花型。

在一种优选的实施例中，散热管1内中空圆管部分为冷却水通道，的散热管1横置于多电机并车驱动齿轮箱底部润滑油液中，进、出水接口9位于齿轮箱同一侧壁，进水接口8位于下方与齿轮箱冷却水箱连接，出水接口9位于上方与冷却水管连接，中空圆管表面涂有防腐锌涂层。

在一种优选的实施例中，盖板2为矩形板，盖板2中心制有两装配通孔11，四个角制有四螺栓连接孔3，盖板2连接散热管1与齿轮箱箱体；

在一种优选的实施例中，外部的水冷管通过进/出水接口9连接散热管1进而连接电机箱冷却通道，形成单通道水冷系统；

在一种优选的实施例中，与本装置配合的外部的齿轮箱包括4个输入轴和1个输出轴。

在一种优选的实施例中，散热管1为一根U型管的变形结构，包括若干个散热翅片，其上下相邻两侧管道交叉缠绕呈麻花型，散热管1内为中空圆管。

在一种优选的实施例中，散热管1的中空圆管表面涂有防腐锌涂层，能实现防锈、防垢作用；在一种优选的实施例中，齿轮箱是机械装备中的关键基础零件之一，目前我国齿轮箱产品体积大、承载力低、效率低，成为制约高端装备发展的瓶颈。功率合流多电机驱动齿轮箱具有大扭矩、低噪音、轻量化、高精度等优点，但其核心技术还需进一步攻克。本发明提出的一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，区别于现有的单管/多管并列的散热器结构，采用一种U型翅片管变形的麻花结构，上下相邻两侧管道交叉缠绕。此外，相比于传统散热器箱外布置结构，本装置布置在齿轮箱内的底部润滑油液中，大大减小了散热器所占装配体积。此结构全面提高了齿轮箱内空间利用率，提高了整机的紧凑度，实现了齿轮箱轻量化目标。

在一种优选的实施例中，本散热器装置结构省去了传统换热器进出水接口9与水管的焊接工艺流程，避免了焊接缺陷，采取更简单可靠的机械连接方式，一方面避免了外置钢管布置不便的问题，另一方面螺栓连接装配速度快、连接性能最稳定，符合高端装备高稳定性、高可靠性、高精度的需求。

在一种优选的实施例中，冷却水在变形的麻花结构管道中流动可形成湍流流动，管内冷却水流体质点相互混掺，能有效提高翅片管散热器的换热效果。

在一种优选的实施例中，管道本发明提出的散热管1为一根U型管的变形结构，包括若干个散热圆翅片，其上下相邻两侧管道交叉缠绕呈麻花型，根据雷诺试验，一般管道内雷诺数Re>4000时为湍流状态，而湍流状态相对于层流及过渡状态，换热效果更好。

由上述的雷诺数计算公式：

并根据优选的数据中可知，Re=4200—8400，满足雷诺数Re>4000的要求，则本装置的散热管1道内部可形成湍流流动。

在麻花型管道内弯曲通道处，流体流动产生的离心力将在流场中形成二次环流，管道内外侧的冷却水流体质点相互混掺，有利于换热，且管的弯曲半径越小，二次环流对主流边界的扰动影响越大，换热效果越好。由于本发明的U型管的麻花变形结构为左右两侧管相互缠绕的结构，弯曲半径相对于常见的螺旋盘管更小，换热效果更好。

考虑管道内单向受迫流的换热系数计算，各种因素对于紊流表面传热系数的影响可以通过如下公式表示：

其中，根据紊流受迫换热准则可知：；

其中： 

其中：

Nu是努塞尔数，Pr是普朗特数，为无量纲数；

h为表面对流换热系数，单位W/（·℃）；

u为散热管道平均流速，单位m/s；

为动力粘度，单位kg/m·s；

d是管道直径，单位m；

是流体导热系数，单位W/m·℃；

为等压比热容，单位J/（kg·℃）；

C，m，n为常数，均由实验研究决定。

冷却流体常用迪图斯—贝尔特公式：

其中：

和表示流体温度下的流体雷诺数和普朗特数，表示壁温，表示流体温度。

可知，在麻花型管道内弯曲通道处弯曲半径小，且弯道数目多，流体温度下的雷诺数较大的情况下，流体温度下的努塞尔数也比较大，换热效果提高。

在一种优选的实施例中，本装置提出的U型翅片管变形的麻花结构的散热器相比于传统U型翅片管散热器换热面积更大。取同投影直径D和同高H的传统U型管散热器与本发明提出的散热器，本发明提出的U型翅片管变形的麻花结构的散热器单边螺旋线长度：

s为螺距；

H为传统的U型翅片管单边长度；

测算可知；

应用于多电机并车驱动齿轮箱的散热器投影直径D及其螺距s都较大，根据上式可得出本发明提出的一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置相较于常用U型散热器换热面积大大增多。

在一种优选的实施例中，散热管1内圆管内壁涂有一层防腐锌涂层，能起到防锈、防垢的作用，避免散热器管道堵塞，影响换热效果。

在一种优选的实施例中，由于散热管1改变了导水通道形状，水质点在管道内相互混掺形成有效的湍流流动，提高了换热效果。

如图3中箭头所示为两散热管1中的液体的流向，两散热管1中的液体的流向相反。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，包括：盖板，所述盖板上开设有两装配通孔；进水接口和出水接口，所述进水接口和所述出水接口均设于所述盖板的一侧，所述进水接口的一端和所述出水接口的一端分别设于两所述装配通孔内；两散热管，两所述散热管的一端分别与所述进水接口的一端和所述出水接口的一端连接，两所述散热管呈麻花状交叉缠绕，两所述散热管的至少一部分的外壁呈利于散热的圆翅片结构。

2.根据权利要求1中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，还包括：两套筒和两六角凸台，每一所述套筒均与一所述六角凸台相配合，两所述套筒分别连接所述进水接口和所述出水接口，两所述六角凸台分别连接两所述散热管。

3.根据权利要求2中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述进水接口和所述出水接口上均开设有外螺纹。

4.根据权利要求3中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述进水接口和所述出水接口上均可操作地安装有六角螺母以及六角螺纹套筒，每一所述六角螺母均与一所述套筒相对应，所述六角螺母和所述套筒分别设于所述盖板的两侧，两所述六角螺纹套筒分别安装所述进水接口的另一端和所述出水接口的另一端上。

5.根据权利要求4中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述六角螺母和所述套筒的尺寸均大于所述装配通孔的尺寸。

6.根据权利要求1中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述盖板上开设有若干螺栓连接孔。

7.根据权利要求5中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中：

Re为雷诺数；

u为所述散热管中的平均流速

d为所述散热管的直径；

v为所述散热管中的液体的运动粘滞系数。

8.根据权利要求7中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述散热管的直径d=32mm；所述散热管中的液体的运动粘滞系数；所述散热管中的液体的密度为485.3kg/；所述散热管中的液体的体积流量为；由此可获得所述散热管中的液体的流速u=0.2m/s—0.4m/s；根据上述公式，Re=4200—8400。

9.根据权利要求5中所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置，其特征在于，所述的多电机并车驱动齿轮箱的水冷式翅片管散热装置满足如下公式：

；

其中：

s为散热管呈麻花状单边旋转的螺距；

L为散热管的单边螺旋线长度；

H为传统的U型翅片管单边长度；

D为散热管的投影直径。

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