一种高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115048794A(43)申请公布日2022.09.13(21)申请号202210708645.5(22)申请日2022.06.22(71)申请人湖南大学地址410000湖南省长沙市岳麓区麓山南路1号(72)发明人周长江蒋兴和苏杰乔自珍(74)专利代理机构湖南岑信知识产权代理事务所(普通合伙)43275专利代理师刘洋(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书2页说明书11页附图7页(54)发明名称一种高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法(57)摘要本发明提供一种高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，计算了齿轮副上基于动态载荷的瞬时热流密度，在热流耦合过程中，为传动齿面施加间歇性和空间性的热源，模拟齿轮运行时的热量分布；基于热流耦合分析得到传动齿面的平均温度和温度差；基于二次回归正交方法设计喷油参数的选取方案，以喷油参数作为自变量，以传动齿面的平均温度和温度差作为因变量，建立二次回归方程，建立各喷油参数交互作用对传动齿面的平均温度及温度差的响应曲线，分析喷油参数对齿面平均温度及温度差的影响规律；以传动齿面的平均温度最小，温度差最大为优化目标，确定喷油参数组合的最优实验方案。本发明可以提高了喷油参数选取效率，使得喷油参数的选取不再依赖于经验值。CN115048794ACN115048794A权利要求书1/2页1.一种高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：建立齿轮箱模型，齿轮箱模型中包括一对啮合的齿轮副，计算齿轮副中传动齿面的瞬时热流密度；S2：将齿轮副的传动齿面沿齿高方向划分为多个传动区域，逐个计算多个传动区域的瞬时热流密度，将所述齿轮箱模型导入ANSYS平台，在多个传动区域同时施加与该传动区域瞬时热流密度相匹配的热量以模拟齿轮副的摩擦生热量，热量的施加以间歇性的方式进行，间歇时间t1表示为：t表示齿轮副中主动轮的啮合周期，z1表示主动轮的齿数；S3：进行齿轮箱模型内温度场和流场的耦合分析，得到传动齿面的温度分布，提取传动齿面的平均温度和温度差；S4：分别建立喷油参数与传动齿面平均温度和温度差的回归方程，调整喷油参数，设置多组实验，对实验数据进行回归拟合，求解回归方程系数；S5：建立各喷油参数交互作用对传动齿面平均温度及温度差的响应曲线，分析喷油参数对传动齿面平均温度及温度差的影响规律，以传动齿面平均温度最小，温度差最大为优化目标，确定喷油参数组合的最优实验方案。2.根据权利要求1所述的高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，其特征在于，齿轮副中主、从动轮传动齿面的瞬时热流密度分别表示为：式中，qI表示主动轮传动齿面的瞬时热流密度；qII表示从动轮传动齿面的瞬时热流密度；γ表示摩擦能转为热能的能量转化系数；μ表示齿轮副传动齿面的摩擦系数；λ1、λ2表示主、从动轮的导热系数；ρ1、ρ2表示主、从动轮材料的密度，c1、c2表示主、从动轮材料的比热容；V1、V2表示啮合点在主、从动轮上的切向速度；V表示主、从动齿轮相对滑动速度；lsrd表示动态载荷分配系数；表示齿轮副中传动齿面接触区平均应力。3.根据权利要求2所述的高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，其特征在于，动态载荷分配系数lsrd的计算公式为：式中，lsrs表示利用准静态载荷分配模型得到的载荷分配系数；T和rb1分别表示扭矩和主动轮基圆半径；p12表示主、从动轮之间的相对变形量，k表示齿轮啮合刚度；齿轮副中传动齿面接触区平均应力的计算公式为：式中，F表示齿轮副传递的啮合力，L表示齿宽；aH表示传动齿面接触区半宽，计算公式为：2CN115048794A权利要求书2/2页式中，ρe表示主、从动齿轮啮合点综合曲率半径，Ee表示等效弹性模量，ρe、Ee的计算公式分别为：式中ρp、ρg分别表示接触点主、从动轮的曲率半径，E1、E2分别表示主、从动轮的弹性模量，v1、v2分别为主、从动轮的泊松比。4.根据权利要求1所述的高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，其特征在于，齿轮箱内流场的建立过程为：齿轮箱内部空间包括箱体区域、主动轮区域和从动轮区域，采用非结构化四面体网格分别在主动轮区域与箱体区域及从动轮区域与箱体区域之间建立交互面，通过交互面实现主动轮区域与箱体区域及从动轮区域与箱体区域信息的传递；采用计算流体动力学方法进行齿轮箱内润滑油及空气两相流仿真，建立齿轮箱内流场模型。5.根据权利要求1所述的高速齿轮喷油润滑齿面散热优化方法，其特征在于，所述喷油参数包括喷油角度X1、喷油距离X2和喷油速度X3；喷油角度X1、喷油角度X2、喷油速度X3与传动齿面平均温度Y1及传动齿面温度差Y2的二次回归方程表示为：222Y1＝a+b1X1+b2X2++b3X3+b12