基于热流耦合的锥齿轮流场与温度场仿真分析

发布时间：2017-04-30 20:09

  本文关键词：基于热流耦合的锥齿轮流场与温度场仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：齿轮传动以高传动效率与高灵活性已经被广泛运用到工程机械、汽车、航空航天等重要领域。然而，在齿轮传动过程中，齿面的相对滑动摩擦会产生大量的热量，如果产生的热不能快速的散发出去，则会引起齿轮箱内的温度急剧上升，会造成齿轮的胶合与点蚀等失效，也会改变润滑油的物性参数，降低其润滑、冷却性能。齿轮箱的流场特性、齿轮几何参数与载荷对齿轮温度场有重要的影响，研究齿轮的流场与温度场对润滑系统的设计与齿轮的热设计具有重要意义。 本文部分内容依托国家自然科学基金项目（51075179）“多场耦合条件下混合动力汽车动力耦合器的设计理论与方法”，以动力耦合器为例，对锥齿轮的流场与温度场进行研究，形成用于研究齿轮润滑流场、轮齿对流换热系数与齿轮温度场的仿真分析方法。所包含的主要内容如下： （1）对流体动力学的计算方法进行了简单介绍，并通过对锥齿轮传动模型进行简化、划分网格、设置边界条件等建立了锥齿轮传动的热流耦合仿真模型。 （2）从动网格模型、收敛准则以及热流耦合分析流程三个方面分析了流动传热的仿真方法。基于已经建立的仿真模型，运用Fluent软件分析了不同润滑油粘度下流体动压力以及不同转速下流体速度的变化规律。结果表明流体的动压力随润滑油粘度的增大而增大，流体的速度也随着转速的增大而增大，并且流体动压力与速度的最大值均出现在轮齿啮合处。 （3）形成了一种求解轮齿各表面对流换热系数的方法。分析了齿轮箱体内部热量的传递路线与热平衡过程，通过求解齿轮传动过程中的齿面相对滑动速度、齿面接触应力以及滑动摩擦系数等参数确定了摩擦产热量及其分布规律。将传热模型与流体流动模型结合起来，进行了热流耦合仿真分析，得到了轮齿各齿面与端面对流换热系数的分布规律，并与经验值进行了对比。结果表明通过热流耦合分析得到仿真结果可以更好的体现轮齿表面对流换热系数的分布情况。 （4）总结了齿轮温度场的分析方法与影响因素。依据热流耦合分析得到的对流换热系数，运用Abaqus软件建立温度场的有限元仿真模型，，分析了齿宽、模数、变位系数以及载荷对温度场的影响规律。结果表明齿轮几何参数的改变尤其是齿宽以及载荷的改变均对轮齿的本体温度有较大的影响。 （5）对全文进行了总结，并指出了本文存在的不足之处。
【关键词】：锥齿轮 热流耦合 对流换热 温度场 有限元法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 研究意义11
• 1.3 齿轮温度场国内外研究现状11-14
• 1.4 齿轮对流换热国内外研究现状14-16
• 1.5 本文的主要研究内容16-18
• 第二章 锥齿轮热流耦合仿真模型的建立18-28
• 2.1 流体动力学计算方法简介18-22
• 2.1.1 流体域控制方程18-20
• 2.1.2 湍流模型20-22
• 2.1.3 两相流模型22
• 2.2 热流耦合仿真模型的建立22-27
• 2.2.1 几何模型的建立与简化22-24
• 2.2.2 网格的划分24-25
• 2.2.3 边界条件与物性参数25-27
• 2.2.4 求解设置27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 锥齿轮传动流场特性分析28-40
• 3.1 流体特性仿真分析方法28-32
• 3.1.1 动网格模型28-29
• 3.1.2 收敛准则29-31
• 3.1.3 热流耦合分析流程31-32
• 3.2 计算假设32-33
• 3.3 不同润滑油粘度下的流场压力分析33-35
• 3.4 不同转速下的流场速度分析35-38
• 3.5 本章小结38-40
• 第四章 锥齿轮对流换热分析40-58
• 4.1 热平衡过程40-41
• 4.2 散热计算41-48
• 4.2.1 相对滑动速度41-43
• 4.2.2 考虑油膜作用下的齿面接触应力43-45
• 4.2.3 滑动摩擦系数的确定45-46
• 4.2.4 摩擦热流量46-48
• 4.3 轮齿对流换热系数分析48-52
• 4.3.1 齿轮齿面对流换热系数49-50
• 4.3.2 齿轮端面对流换热系数50-52
• 4.4 结果对比52-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第五章 锥齿轮温度场影响规律分析58-66
• 5.1 齿轮温度场的分析方法58-59
• 5.2 轮齿齿宽与模数对齿轮温度场的影响59-63
• 5.2.1 齿宽的影响60-62
• 5.2.2 模数的影响62-63
• 5.3 变位系数对齿轮温度的影响63-64
• 5.4 载荷对齿轮温度的影响64-65
• 5.4.1 转速64
• 5.4.2 转矩64-65
• 5.5 本章小结65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 全文总结66-67
• 6.2 研究展望67-68
• 参考文献68-76
• 作者简介与参与项目76-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陈洪月;毛君;张瑜;;基于双模齿轮的大排量齿轮泵的流场可视化仿真研究[J];工程设计学报;2012年03期

2 薛建华;李威;;齿轮系统的温度场预测方法[J];北京科技大学学报;2014年02期

3 张延化;王优强;;基于ANSYS的齿轮弹流润滑的有限元应力分析[J];润滑与密封;2009年12期

4 徐超;王家序;欧阳格;肖科;;基于ABAQUS的滤波减速器的齿轮本体温度场分析[J];润滑与密封;2012年03期

5 李华奎;王优强;;考虑油膜压力作用的直齿圆锥齿轮应力分析[J];润滑与密封;2012年04期

6 曹宇光;张士华;李森;刘海超;;自升式平台齿轮齿条损伤温度检测方法[J];中国石油大学学报(自然科学版);2013年03期

  本文关键词：基于热流耦合的锥齿轮流场与温度场仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：337495