高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108319737A(43)申请公布日2018.07.24(21)申请号201710034635.7(22)申请日2017.01.17(71)申请人沈阳工业大学地址110870辽宁省沈阳市经济技术开发区沈辽西路111号(72)发明人于宝义李润霞李亚丽林亚东郑黎李强黄海滨(74)专利代理机构沈阳东大知识产权代理有限公司21109代理人刘晓岚(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图3页(54)发明名称高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法(57)摘要一种高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，属于高速列车齿轮箱领域。该方法的步骤为：首先根据流体域和固体域的互补性，建立齿轮箱整体结构流固耦合三维模型，然后对模型流体域和固体域进行有限元网格划分，根据齿轮箱构造及各部件相对运动关系，对齿轮箱进行产热散热热平衡分析，计算热损失参数和换热系数，最后对流固耦合整体模型进行流场温度场仿真计算，并参照轴承温度测试数据，验证分析方法的准确性。利用该方法对齿轮箱整体结构进行流固耦合动态实时仿真分析，研究工况复杂更接近实际工况。该仿真分析过程经济、迅速，具有更大的自由度和灵活性，大大减小产品的研发周期，提高了产品设计的效率。CN108319737ACN108319737A权利要求书1/2页1.一种高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，其特征在于，按以下步骤进行：步骤一：根据高速列车传动齿轮箱的结构组成，用三维建模软件建立齿轮箱的整体结构三维装配模型和齿轮箱的流体域模型，根据流体域和固体域的互补性装配流固耦合三维模型；所述的齿轮箱的整体结构三维装配模型即为固体域；所述的齿轮箱的流体域模型是根据齿轮箱和其流体之间互补性，齿轮箱整体减去齿轮箱内部零件结构得到的箱体空腔即可生成流体域模型，即流体域；步骤二：将流固耦合三维模型导入有限元软件，对齿轮箱流固耦合模型进行有限元网格划分；步骤三：根据齿轮箱构造及各部件相对运动关系，采用摩擦功率损失转化成热量的方法，根据齿轮箱产热与散热的热平衡条件，计算热损失参数和换热系数；步骤四：确定齿轮箱工作状态下的各个工况条件，将其以边界条件形式输入有限元软件中，进行热流耦合分析设置；步骤五：根据齿轮箱工作状态下的工况条件，对齿轮箱进行流体力学计算，得到不同工况下的分析结果；步骤六：实验数据的验证：参照轴承温度测试数据，与齿轮箱温度场的计算数据进行比对，验证分析方法的准确性。2.如权利要求1所述的高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述的齿轮箱的整体结构三维装配模型需要的参数为：齿轮箱几何尺寸、齿轮箱各个部件位置关系、齿轮箱各个部件材料属性。3.如权利要求1或2所述的高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，其特征在于，其中，所述的齿轮箱包括的部件主要有上箱体、下箱体、主动齿轮、从动齿轮、主动轴、从动轴、输入轴承、输出轴承、轴承端盖、输入轴承温度传感器和输出轴承温度传感器；其中，主动齿轮和主动轴制成一体，得到主动齿轮轴；所述主动齿轮和从动齿轮为斜齿轮；所述的主动齿轮轴两侧均设置有输入轴承，分别为输入轴承一和输入轴承二，对应轴承远离主动齿轮的一侧均设置有轴承端盖，分别为输入轴承一端盖和输入轴承二端盖，对应轴承上均设置有温度传感器，分别为输入轴承温度传感器一和输入轴承温度传感器二；所述的从动齿轮两侧均设置有输出轴承，分别为输出轴承一和输出轴承二，对应轴承远离主动齿轮的一侧均设置有轴承端盖，分别为输出轴承一端盖和输出轴承二端盖，对应轴承上均设置有温度传感器，分别为输出轴承温度传感器一和输出轴承温度传感器二；所述的齿轮箱中，各个部件的连接关系为：上箱体和下箱体通过螺栓连接形成封闭箱体，主动齿轮轴通过输入轴承固定在箱体内部，从动轴通过输出轴承固定在箱体内部，从动齿轮和从动轴作周向固定，主动齿轮和从动齿轮通过斜齿紧密啮合，输入轴承温度传感器通过下箱体与输入轴承相连，输出轴承温度传感器通过上箱体与输出轴承相连。4.如权利要求1所述的高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述齿轮箱的流体域需要的材料参数为：润滑油的密度、润滑油粘度、润滑油的比热容、润滑油的导热率、空气的密度、空气的比热容、空气的粘度和空气的2CN108319737A权利要求书2/2页导热率；其中，所述润滑油的密度、润滑油的粘度均定义成随温度变化的函数。5.如权利要求1所述的高速列车铝合金齿轮箱的流场温度场耦合仿真分析方法，其特征在于，所述的步骤二中，所述的有限元网格划分，采用适应性较强的四面体网格及混合网格的非结构化网格，在流体狭小区域，