齿轮副搅油损失仿真分析及试验研究
多功能齿轮搅油功率损耗实验装置及实验方法研究
多 功 能 齿 轮搅 油 功 率 损 耗 实 验 装 置 及 实 验 方 法 研 究
张
（ １ ．江苏 大学机械工程学院
佩ｌ － 王
５ １ ）
江苏镇江 ２ １ ２ ０ １ ３ ；２ ． 盐城工学 院机械 学院
摘 要 ：搅 油 损 失在 浸 油 润滑 齿 轮 传 动装 置 功 耗 中所 占 比重 较 大 ．是 导 致润 滑 失 效 的 主要 因素 之一 。为 精 确 预 测 不 同工 况下 齿 轮 的搅 油 损失 ，设 计 一种 新 型 搅 油 功 率 损 耗 测 量 的 多 功 能 试 验 装 置 ，并 介 绍 针 对 不 同 齿 形 齿 轮 的 搅 油 损 失 、圆盘 与 齿 轮对 搅 油损 失 和 非标 准 直 齿 轮 的搅 油 损 失 的实 验 方 法 。该 装 置 可 用 于 不 同齿 形 齿 轮 、非 标 准 直 齿 轮 的搅 油 损失 试 验 研究 ，来 考察 齿 轮 尺 寸 变化 或 其他 因素 对 搅 油损 失 的 影 响 ；用 于 齿 轮 与 圆盘 的搅 油 实 验 ，来 推 导 出 啮合 区 产 生 的搅 油 损 失 。
２ ０ １ ７ 年 ６ 月
润滑与密封
Ｌ ＵＢＲＩ Ｃ ＡＴ Ｉ ＯＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ｌ ７
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ ． ６
第４ ２卷 第 ６期
Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． ０ ２ ５ ４ — ０ １ ５ ０ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ２ １
Ｚ Ｈ Ａ Ｎ Ｇ Ｐ ｅ ｉ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｂ ｉ ｎ Ｚ Ｈ ＯＵ Ｙ ａ ｊ ｉ ｅ ，
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｚ ｈ ｅ ｎ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ １ ２ ０ １ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｙ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｙ ａ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ ２ ２ ４ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
多功能齿轮搅油功率损耗实验装置及实验方法研究
多功能齿轮搅油功率损耗实验装置及实验方法研究张佩;王斌;周雅杰【摘要】搅油损失在浸油润滑齿轮传动装置功耗中所占比重较大,是导致润滑失效的主要因素之一.为精确预测不同工况下齿轮的搅油损失,设计一种新型搅油功率损耗测量的多功能试验装置,并介绍针对不同齿形齿轮的搅油损失、圆盘与齿轮对搅油损失和非标准直齿轮的搅油损失的实验方法.该装置可用于不同齿形齿轮、非标准直齿轮的搅油损失试验研究,来考察齿轮尺寸变化或其他因素对搅油损失的影响;用于齿轮与圆盘的搅油实验,来推导出啮合区产生的搅油损失.%Churning power losses account for a larger proportion of power consumption in dip-lubricated transmission gears,which is one of the main factors leading to lubrication failure.In order to forecast churning power losses for the gears immersed in lubricating oil in variety of work situations,a new multi-function gear box churning torque loss tester was designed,and the experimental methods for different churning power loss experiments were introduced,including churning power loss experiment of different tooth profile gears,churning power loss experiment of gears and discs,churning power loss experiment of non-standard spur gears.The tester could be used to study the influence to churning power losses by changing the gear size change or other factors by the churning power loss experiment of different tooth profile gears and non-standard spur gears,to investigate the churning power losses in the meshing zone by the churning power loss experiment of gears and discs.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】6页(P102-106,112)【关键词】搅油损失;齿轮箱;润滑油;齿隙搅油【作者】张佩;王斌;周雅杰【作者单位】江苏大学机械工程学院江苏镇江212013;盐城工学院机械学院江苏盐城224051;盐城工学院机械学院江苏盐城224051;江苏大学机械工程学院江苏镇江212013;盐城工学院机械学院江苏盐城224051【正文语种】中文【中图分类】TH117.2由于不断上涨的燃油价格和对可持续发展策略的实施以及燃料对环境的污染影响等因素，动力传动效率在运输、航空航天以及能源产业等行业越来越受到关注，变/减速箱功率损失已成为动力传动系统重点研究的内容之一[1-2]。
基于CFD方法的轮毂电驱动行星齿轮搅油功率损失仿真与分析
2023年第47卷第11期Journal of Mechanical Transmission基于CFD方法的轮毂电驱动行星齿轮搅油功率损失仿真与分析唐沛1王乐1任少英2李山山2（1 中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室，北京100072）（2 河北科技大学车辆工程系，河北石家庄050091）摘要轮毂电驱动技术的研究是未来新能源驱动体系研究的重要方向。
随着轮毂电驱动对转速的要求越来越高，搅油功率损失成为不可忽略的部分，甚至高达功率总损失的50%~80%。
现有的计算搅油损失的方法主要是采用简单的经验公式，无法适用于复杂的行星齿轮传动。
为此，采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）软件与C语言用户自定义函数（User Defined Function，UDF）对两级行星齿轮传动飞溅润滑进行联合仿真，实现了油-气两相瞬态流场可视化；通过提取表面的压力和黏性力，得到了太阳轮、行星轮及行星架的搅油损失；对25种工况进行仿真与分析，得到了搅油功率损失随转速和浸油深度的变化趋势。
结果表明，搅油功率损失随转速和浸油深度的增加而增大，且无明显的拐点，实现最小搅油损失应当在保证充分润滑的前提下取最小的浸油深度。
关键词行星齿轮搅油损失计算流体力学瞬态流场可视化用户自定义函数联合仿真Simulation and Analysis of Oil Churning Power Loss in Electric Drive PlanetaryGears Based on the CFD MethodTang Pei1Wang Le1Ren Shaoying2Li Shanshan2（1 State Key Laboratory of Vehicle Transmission, China North Vehicle Research Institute, Beijing 100072, China）（2 Department of Vehicle Engineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050091, China）Abstract The research on electric drive wheel technology is an important direction of the research on the new energy drive system in the future. With the increasing requirements of the electric drive wheel on the speed, the oil churning power loss has become a non-negligible part, even up to 50%-80% of the total power loss. The existing calculation method of churning loss mainly adopts simple empirical formula, which cannot be applied to complex planetary gear transmission. The splash lubrication of the two-stage planetary gear drive is simulated by computational fluid dynamics (CFD) software and C language user defined function (UDF), and the visualiza⁃tion of oil gas two-phase transient flow field is realized; by extracting the surface pressure and the viscous force, the churning loss of the sun gears, planet gears and planet carriers are obtained; the simulation and analysis of the 25 working conditions show that the churning loss varies with the immersion depth and speed; the results show that the oil churning power loss increases with the oil immersion depth and the speed, and there is no obvi⁃ous inflection point. To achieve the minimum oil stirring loss, the minimum oil immersion depth should be taken on the premise of ensuring full lubrication.Key words Planetary gear Oil churning loss CFD Fluid field transient visualization UDF Joint simulation0 引言轮毂电驱动大多采用行星齿轮传动的结构形式，其具有质量轻、效率高、运行平稳等诸多优点。
齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释
齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释1.引言1.1 概述齿轮是机械传动中常用的零部件，其在各种机械设备中起着至关重要的作用。
然而，由于工作环境的恶劣以及长期使用的磨损，齿轮可能出现故障，导致机械设备的性能下降甚至损坏。
为了更好地理解齿轮故障的动力学特性，可以通过仿真技术来模拟和分析齿轮系统的运行状态，并及时发现潜在的故障点。
本文将介绍齿轮故障动力学仿真在MATLAB中的应用，通过分析齿轮系统的动态特性，探讨不同故障模式对系统性能的影响，从而为齿轮故障诊断和预防提供有益的参考。
通过本文的研究，我们希望能够加深对齿轮故障动力学的理解，提高齿轮系统的可靠性和安全性。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：文章结构包括以下几个部分：1. 引言：介绍文章的背景和研究意义，引出文章的主题和研究内容。
2. 正文：分为两个部分，分别是齿轮故障动力学简介和MATLAB在齿轮故障动力学仿真中的应用。
在齿轮故障动力学简介部分，将介绍齿轮故障动力学的基本概念和原理，为读者提供必要的背景知识。
在MATLAB 在齿轮故障动力学仿真中的应用部分，将详细介绍MATLAB在该领域的具体应用及其优势。
3. 结论：总结文章的主要内容和研究成果，对研究进行评价和展望未来的研究方向。
通过以上部分的内容安排，读者可以清晰地了解整篇文章的主要结构和内容安排，帮助他们更好地理解和阅读文章。
1.3 目的本文的主要目的在于探讨利用MATLAB进行齿轮故障动力学仿真的方法和技术。
通过对齿轮系统中可能出现的不同故障情况进行建模和仿真，我们可以更好地理解齿轮系统的运行机理，并且能够快速有效地诊断和解决齿轮故障问题。
同时，本文也旨在为工程师和研究人员提供一个基于MATLAB的齿轮故障动力学仿真平台，帮助他们更好地分析和优化齿轮系统的性能，推动齿轮传动技术的发展和应用。
通过本文的研究，我们希望能够为齿轮系统的设计、运行和维护提供更加有效的工程解决方案，提高齿轮系统的可靠性和稳定性。
采煤机摇臂齿轮传动系统搅油损失的研究
当齿轮件运行过程中没有润滑油时，fg=0；当齿 轮件完全浸在油中时，fg=1；当齿轮件只有一部分浸 在油中时，fg 为 0～1 之间的数，利用线性插值进行计 算，如当齿轮件仅有一半浸入油中时，fg=0.5[3]。
采煤机截割传动系统中搅油损失全部变为热能 量，并且大部分被润滑油吸收，因此搅油损失越大， 润滑油温度也越高。而润滑系统通过油池润滑的方
收稿日期：2019-05-05 作者简介：张朋州（1986—），男，毕业于河南理工大学电气工
程及其自动化专业，助理工程师。
摇臂
截割滚筒
行星减速系统 长链齿轮系统 截割电机
总第 197 期 2019 年第9 期
机械分析与设计
机械管理开发 MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT
Total 197 No.9，2019
DOI:10.16525/14-1134/th.2019.09.074
采煤机摇臂齿轮传动系统搅油损失的研究
mm，b0=10 mm，vt0=10 m/s 为参考值，A G 为齿轮减速
箱暴露在外的面积，m2；UM 为齿轮减速箱体内壁的
周长，m[5]。
利用 MATLAB/SIMULINK 软件，计算得出了第
一级小齿轮浸油深度为 80 mm 时，两种方法下的采
煤机截割齿轮传动系统的搅油损失，具体的变化趋
势如图 3 所示。
都随着增大；当初始浸油深度增加时，搅油损失也有小幅度增加。该研究对于有效降低截割传动系统的功率损
耗，以及系统可靠性和煤矿的：采煤机 齿轮 搅油损失
中图分类号：TD421.6+1
工业齿轮箱功率损失分析
工业齿轮箱功率损失分析摘要：齿轮的传动效率直接关系到传动系统的功率损耗，进而影响到企业经济效益和社会环境效益，正日益得到设计制造和应用单位的重视。
尤其在当前环保压力的形势下，如何进一步降低功耗、提高传递效率更具现实意义。
关键词：齿轮箱功率损失1 工业齿轮箱功率损失计算影响因素1.1输入功率、转速对功率损失的影响齿轮副运行过程中，齿轮啮合误差、时变刚度、齿面摩擦等会引起齿轮系统的振动，从而引起动载荷，影响齿轮啮合的功率损失。
在不同输入功率和转速的条件下，齿轮的振动状况不同，有必要研究输入功率、转速对齿轮啮合功率损失的影响。
下面分析不同输入转速、不同功率百分比条件下齿轮箱的功率损失.1.1.1 滑动功率损失分析滑动损失的主要影响因素，在其他输入条件不变的情况下，滑动功率损失主要由摩擦因数和平均法向载荷决定。
随着输入功率的增加，齿轮啮合的摩擦因数逐渐增加，加上平均法向载荷的增加，齿轮摩擦加重，导致发热量急剧上升，所以滑动功率损失增加比较明显。
随着输入转速的增加，摩擦因数逐渐降低，滑动功率损失逐渐减小.随着功率的增加，齿轮啮合的滚动功率损失逐渐减小。
1.1.2 滚动功率损失分析滚动损失的主要影响因素，在其他输入条件不变的情况下，滚动功率损失主要由油膜厚度决定。
随着输入功率的增加，齿轮啮合油膜厚度减小；而随着转速增加，油膜厚度逐渐增加。
这是因为在功率增加，其他条件不变的情况下，平均法向载荷增加导致齿面间油膜厚度减小，从而造成滚动功率损失减小；而在转速增加其他条件不变的情况下，平均法向载荷减小导致齿面间油膜厚度增加，从而造成功率损失增加。
风阻损失只与齿轮的节圆直径、齿轮工作转速以及润滑液的黏度有关，而与输入功率无关。
随着转速增加，齿轮风阻损失增加，且大齿轮的风阻损失总量以及增加量均大于小齿轮.齿轮总功率损失随着输入功率的增加以及输入转速的增加而增加。
通过以上的分析可知，随着输入功率的增加，滑动损失增加，而滚动损失减小，风阻损失不变，总功率损失增加，表明滑动损失的影响大于滚动损失的影响；而随着转速增加，滑动损失减小，滚动损失增加，风阻损失增加，总功率损失增加，表明滚动损失与风阻损失的影响大于滑动损失影响。
基于CFD的齿轮箱搅油损失仿真优化及实验研究
基于CFD的齿轮箱搅油损失仿真优化及实验研究齿轮传动机构作为电动汽车减速器的主要组成部分,其传动效率是衡量齿轮传动功耗损失的重要技术指标,随着现代机械装置传动效率的提高,齿轮的搅油损失逐渐成为了传动损失的重要组成部分。
齿轮转动过程中,润滑油与齿面接触产生摩擦阻力,进而导致了热量堆积,加快了齿轮磨损,缩短了齿轮使用寿命。
因此,为齿轮机构提供较为完善的润滑系统是非常必要的。
通过实验方法虽然可以直接对齿轮搅油损失影响因素进行分析,但是其成本较大,且不能详细的分析内部润滑油流动情况。
随着CFD仿真技术的成熟,采用数值仿真方法,可以弥补实验方法的不足。
本文基于国内外减速器等传动装置的研究背景,重点对齿轮传动过程中搅油损失影响因素进行仿真分析和实验验证,从而实现齿轮传动节能。
具体研究内容如下:(1)针对浸油润滑状态下的齿轮传动工况,建立齿轮箱内流域数值仿真模型。
应用该模型分析了不同转速和转向下齿轮外圆面、啮合区油液的飞溅变化,以及啮合点处的压力变化规律,并计算出齿轮阻力矩及搅油损失。
(2)结合流体力学π定理以及减速箱浸油润滑工况,以齿轮转速、半径以及润滑油粘性系数作为3个基本物理量纲,以及齿高、油液体积等6个派生量纲,结合数值仿真确定各量纲的待定系数,最后通过量纲分析法推导出外啮合齿轮副搅油损失理论公式。
(3)搭建减速箱实验台架,通过实验测量不同转速、转向、浸油深度以及润滑油粘度的齿轮搅油损失,并与齿轮副搅油损失计算模型进行对比,验证仿真分析的可靠性。
结合正交实验法对齿轮转速、浸油深度以及润滑油粘度对齿轮搅油损失影响比重进行分析,从而实现了齿轮传动的优化节能。
综上所示,本论文主要内容包括仿真分析、公式推导、实验验证以及参数优化。
通过分析齿轮转速、转向、浸油深度以及润滑油粘度对齿轮搅油损失的影响,从而实现对减速箱的优化设计。
电动汽车轮边减速器齿轮搅油损失研究与分析
电动汽车轮边减速器齿轮搅油损失研究与分析轮边减速器作为电动汽车传动系统的重要组成部分,其功率损失是传动系统的一项重要技术指标,而轮边减速器齿轮搅油损失占传动系统功率损失的比重较大。
齿轮搅油损失是齿轮在油浴中旋转受到液体阻力所引起的功率损失,相关实验表明,高速状态下齿轮搅油损失约占齿轮传动总功耗的一半以上。
目前,关于齿轮搅油损失的文献很少,国内外学者的相关研究还仅仅是对单个齿轮或者圆盘的搅油损失进行研究。
因此,研究齿轮搅油损失并使之运用于轮边减速器上,具有重大意义。
本文主要对齿轮搅油损失进行理论研究与仿真分析,建立搅油损失的动态模型,用实验数据进行验证,并使之运用到轮边减速器上。
主要研究工作如下：首先,综述齿轮搅油损失的研究意义与国内外的研究现状。
介绍了搅油损失的研究方法,分析了齿轮搅油损失的影响因素,建立数学模型并对其进行仿真。
其次,基于国内外学者研究的理论模型,考虑温度对润滑油运动粘度的影响,添加粘温因子,建立齿轮搅油损失的动态模型。
运用MATLAB对动态模型进行仿真分析,以实验数据进行验证,得出动态模型的通用性较强的结论。
然后,基于FLUENT的动网格技术及VOF两相流模型对齿轮搅油损失进行流场分析,在不同转速下,得到齿轮搅油损失的瞬时动态、速度场和压力场。
随着齿轮转速的提高,润滑油所受到的速度和压力变大。
最后,将搅油损失理论计算模型运用到电动汽车轮边减速器上,选取参数,计算出轮边减速器浸油齿轮的搅油功耗。
运用FLUENT对浸油部分的齿轮进行物理仿真分析,并与理论计算值进行对
比,得出误差在可接受范围内的结论。
最后进行深刻的全文总结与展望。
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齿轮副搅油损失仿真分析及试验研究
近年来,随着新能源汽车的发展,以电机驱动的新能源汽车减速器已成为变速器企业竞相研发的传动齿轮箱之一。
齿轮副作为汽车传动齿轮箱的关键零部件之一,其传递效率对整车的传动效率、动力性能以及燃油经济性具有决定性影响。
齿轮副的传递效率主要与齿轮传递过程中所受的功率损耗有关,齿轮副的搅油损失是齿轮副在油浴中旋转受到润滑油的阻力作用产生的功率损失,在高速低载工况下,齿轮副的搅油损失占齿轮传动总功率损耗的重要部分。
然而,国内外对齿轮副在高转速下的动态能耗特性展开深入研究的成果并不多,由于齿轮副搅油损失受诸多因素的影响,其中包括润滑油参数、齿轮几何参数及工况参数的影响,且各影响因素之间关系复杂,求解非常困难,同时现有的经验公式适用范围有限。
本课题正是针对现阶段新能源汽车减速器高速化发展过程中,齿轮副搅油损失引起的效率问题而展开,基于移动粒子半隐式法(MPS)建立了多因素影响下的齿轮副流固耦合分析模型,并对模型进行了求解,获得了齿轮搅油损失仿真计算结果,同时设计并搭建了齿轮副搅油损失测试台架对齿轮副搅油损失进行试验研究以及模型验证,从而对多因素影响下的齿轮副搅油损失及润滑油瞬态分布情况进行深入研究,研究结果对新能源汽车减速器的开发和优化具有重要工程指导意义。
主要研究内容及结论如下:1.研究了齿轮副搅油损失的产生机理和关键影响参数,对国内外学者们基于大量试验提出的搅油损失经验公式进行了深入研究,得到了几种典型搅油损失计算模型的适用范围,并从齿轮副搅油损失产生的机理出发,对齿轮副搅油损失计算模型进行了研究,同时对各计算模型进行了对比分析。
2.对移动粒子半隐式法的基本原理及算法等相关理论进行了研究,确定了影
响齿轮副搅油损失的齿轮宽度、螺旋角、转速、润滑油粘度和密度、浸油深度等关键参数,基于MPS方法对各参数影响下的齿轮副的动态能耗特性建立了流固耦合分析模型,并以其中一个典型算例的仿真结果为例,分析了不同转速下,齿轮箱内润滑油的瞬态飞溅情况和速度矢量分布,获取了飞溅润滑过程中齿轮副随转速变化的搅油功率损失,然后对齿轮副搅油损失台架试验结果与仿真结果进行了对比验证,证明了基于MPS的齿轮副搅油损失仿真模型的有效性。
3.设计并搭建了一种多功能齿轮搅油损失试验装置,并基于台架试验工况及试验方法,进行不同转速、浸油深度、润滑油(不同粘度和密度)、齿宽、螺旋角等参数影响下的齿轮副搅油功率损失试验研究。
试验研究表明:随着输入轴转速的提高,齿轮副的搅油损失不断增加,且转速越高,其搅油损失的增长趋势越明显;齿轮的浸油深度越高,润滑油粘度和密度越高,齿轮宽度、螺旋角越大,齿轮副的搅油损失越大;通过对比研究发现,在相同输入转速下润滑油的粘度和密度对齿轮副搅油损失的影响最大,其次是齿轮螺旋角,然后是齿轮宽度和齿轮浸油深度。
4.基于所建的MPS流固耦合仿真分析模型,分析了不同齿宽、不同螺旋角、不同浸油深度、不同温度下不同润滑油粘度和密度等参数影响下齿轮箱内润滑油飞溅情况及速度矢量分布;研究了高速工况不同影响参数下齿轮副搅油功率损失的变化规律;综合分析各影响参数对齿轮副搅油功率损失的影响规律。
研究表明:齿轮副在高转速下的搅油损失非常大;润滑油的温度、粘度和密度对齿轮副搅油功率损失的影响较为显著;齿轮螺旋角对齿轮副搅油功率损失的影响主要体现在其线速度上;齿轮的浸油深度和齿宽对齿轮副搅油功率损失的影响则较小。
为实际工程应用中减速箱搅油损失的研究提供了参考。