基于PLIC-VOF算法的汽车主减速器搅油损失研究
发布时间：2021-03-07 10:56
提高汽车传动效率、降低燃油消耗是提升汽车产品品质的关键目标之一,汽车主减速器搅油损失作为汽车总能耗的主要组成部分一直是国内外研究重点。本文以汽车后桥主减速器被动齿轮为研究对象,通过PLIC-VOF算法编程计算、Fluent数值仿真分析、台架实验相结合的方式对齿轮搅油损失机理及能耗特性进行了深入探究。（1）基于PLIC-VOF自由面算法建立了二维圆盘搅油损失计算模型,采用以交错网格法为基础的有限差分法对控制方程进行离散求解,编制二维PLIC-VOF算法对二维圆盘搅油损失计算模型进行数值计算。并利用Fluent分别对二维齿轮和圆盘搅油过程进行了仿真分析,通过对比三种计算模型的流场分布与阻力矩随转速变化特征,验证了二维圆盘计算模型能有效反映齿轮搅油过程的主要特征,PLIC-VOF算法适用于计算低速状态下的齿轮搅油功率损失。进而详细分析了转速、浸油深度、油液粘度对齿轮搅油功率损失的影响规律,研究表明在中速状态下,油液粘度对齿轮搅油功率损失的影响最大。（2）考虑到齿轮侧面以及端面对流动结构的影响,进一步建立了基于三维PLIC-VOF算法的齿轮搅油计算模型。同时建立了三维齿轮搅油仿真模型,并采用F...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
后桥三维UG几何模型
?怼?网格划分是有限元数值模拟分析的前处理阶段，网格质量直接影响数值模拟结果的收敛性和精确性。质量好的网格不仅可以提高计算精度，还可以加快收敛速度，缩短计算时间。Hypermesh软件不仅具有云图显示网格质量、单元质量跟踪检查等方便的工具，可以及时检查并改进网格质量，还具有非常良好的求解器接口功能，还具有高速度、高质量的自动网格划分功能，极大地简化了复杂几何模型的有限元建模过程。本文在Hypermesh中以1mm的尺寸划分面网格，网格类型为三角形，再利用检查工具对面网格进行检查和修复，最终图2-13-(a)和图2-13-(b)几何模型的网格数量分别为34478和40058。（a）Fluent-齿轮（b）Fluent-圆盘图2-13二维网格模型图
34图2-16不同转速下的齿轮搅油阻力矩2.5结果分析2.5.1不同油液粘度下的能耗特性分析如图2-17~2-18所示为转速100r/min~800r/min、浸油深度为1.5e、不同油液粘度下的搅油阻力矩与功率损失。在同一转速下，润滑油的粘度越高，齿轮搅油过程中所受到的粘性阻力增大，并且齿轮上油液附着量也增加，因此搅油功率损失就会增加。当齿轮旋转速度增加时，齿轮旋转带动的油液排量增加，粘性阻力就会增加的越快，因此齿轮转速越大，搅油功率损失增加率越大。当转速在100r/min~300r/min时，油液牌号在GL-575W80、GL-575W90低粘度条件下，搅油阻力矩不超过5Nm，搅油功率损失在100W以下，油液牌号在GL-585W90、GL-585W140高粘度条件下，搅油阻力矩和功率损失是低粘度的2倍；当转速在400r/min~600r/min时，高粘度条件下的搅油阻力矩比低粘度时增加2.4倍，搅油功率损失在100W~1000W之间；当转速在700r/min~800r/min时，搅油阻力矩达到10Nm以上，功率损失也达到3KW以上，高粘度下的功率损失是低粘度下的2.2倍，这表明在中速状态下，粘度对功率损失的影响最大。综上所述，随着润滑油粘度的增加，搅油阻力矩与搅油功率损失也随之增加；粘度对中速状态下的齿轮搅油功率损失的影响最大；齿轮搅油功率损失最低的油液牌号是GL-575W80。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国节能与新能源汽车技术发展战略与对策探究[J]. 李智,张翔. 汽车与配件. 2018(11)
[2]高速机车齿轮箱内部润滑油流场特性数值模拟[J]. 刘中令,范乃则,田华军,赵家栋,宁可,裴帮,李宝奎,张祥儒,徐晖. 机械传动. 2017(03)
[3]汽车驱动桥飞溅润滑的数值仿真[J]. 彭钱磊,桂良进,范子杰. 汽车工程. 2016(12)
[4]基于有限元分析的直齿轮搅油损失计算及实验验证[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 工程力学. 2016(05)
[5]气液两相流与油水两相流流型现状研究[J]. 曹玉东,姜晨薇. 石化技术. 2016(01)
[6]直齿轮搅油功率损失的实验研究[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 实验力学. 2015(02)
[7]基于有限元分析的斜齿轮搅油功率损失测算及实验验证[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 中国机械工程. 2014(18)
[8]外啮合斜齿轮泵内部流场仿真与分析[J]. 张静,毛子强,杨国来. 液压与气动. 2014(02)
[9]三维空间PLIC VOF算法研究[J]. 毕成,熊守美. 铸造. 2013(02)
[10]基于两相流的三维自由面流动模型研究[J]. 蒋昌波,邓斌,汤寒松,陈杰. 船舶力学. 2012(11)
博士论文
[1]舱室内液体晃荡的数值模拟及其与船体运动耦合作用的研究[D]. 刘永涛.上海交通大学 2014
硕士论文
[1]电动汽车减速器搅油损失的理论、仿真及实验研究[D]. 张佩.江苏大学 2017
[2]汽车差速器能耗特性理论研究与仿真分析[D]. 李佩鸿.安徽理工大学 2015
[3]基于LevelSet方法的自由面数值模拟研究[D]. 刘威.南京航空航天大学 2011
本文编号：3068957
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
后桥三维UG几何模型
?怼?网格划分是有限元数值模拟分析的前处理阶段，网格质量直接影响数值模拟结果的收敛性和精确性。质量好的网格不仅可以提高计算精度，还可以加快收敛速度，缩短计算时间。Hypermesh软件不仅具有云图显示网格质量、单元质量跟踪检查等方便的工具，可以及时检查并改进网格质量，还具有非常良好的求解器接口功能，还具有高速度、高质量的自动网格划分功能，极大地简化了复杂几何模型的有限元建模过程。本文在Hypermesh中以1mm的尺寸划分面网格，网格类型为三角形，再利用检查工具对面网格进行检查和修复，最终图2-13-(a)和图2-13-(b)几何模型的网格数量分别为34478和40058。（a）Fluent-齿轮（b）Fluent-圆盘图2-13二维网格模型图
34图2-16不同转速下的齿轮搅油阻力矩2.5结果分析2.5.1不同油液粘度下的能耗特性分析如图2-17~2-18所示为转速100r/min~800r/min、浸油深度为1.5e、不同油液粘度下的搅油阻力矩与功率损失。在同一转速下，润滑油的粘度越高，齿轮搅油过程中所受到的粘性阻力增大，并且齿轮上油液附着量也增加，因此搅油功率损失就会增加。当齿轮旋转速度增加时，齿轮旋转带动的油液排量增加，粘性阻力就会增加的越快，因此齿轮转速越大，搅油功率损失增加率越大。当转速在100r/min~300r/min时，油液牌号在GL-575W80、GL-575W90低粘度条件下，搅油阻力矩不超过5Nm，搅油功率损失在100W以下，油液牌号在GL-585W90、GL-585W140高粘度条件下，搅油阻力矩和功率损失是低粘度的2倍；当转速在400r/min~600r/min时，高粘度条件下的搅油阻力矩比低粘度时增加2.4倍，搅油功率损失在100W~1000W之间；当转速在700r/min~800r/min时，搅油阻力矩达到10Nm以上，功率损失也达到3KW以上，高粘度下的功率损失是低粘度下的2.2倍，这表明在中速状态下，粘度对功率损失的影响最大。综上所述，随着润滑油粘度的增加，搅油阻力矩与搅油功率损失也随之增加；粘度对中速状态下的齿轮搅油功率损失的影响最大；齿轮搅油功率损失最低的油液牌号是GL-575W80。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国节能与新能源汽车技术发展战略与对策探究[J]. 李智,张翔. 汽车与配件. 2018(11)
[2]高速机车齿轮箱内部润滑油流场特性数值模拟[J]. 刘中令,范乃则,田华军,赵家栋,宁可,裴帮,李宝奎,张祥儒,徐晖. 机械传动. 2017(03)
[3]汽车驱动桥飞溅润滑的数值仿真[J]. 彭钱磊,桂良进,范子杰. 汽车工程. 2016(12)
[4]基于有限元分析的直齿轮搅油损失计算及实验验证[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 工程力学. 2016(05)
[5]气液两相流与油水两相流流型现状研究[J]. 曹玉东,姜晨薇. 石化技术. 2016(01)
[6]直齿轮搅油功率损失的实验研究[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 实验力学. 2015(02)
[7]基于有限元分析的斜齿轮搅油功率损失测算及实验验证[J]. 梁文宏,刘凯,崔亚辉. 中国机械工程. 2014(18)
[8]外啮合斜齿轮泵内部流场仿真与分析[J]. 张静,毛子强,杨国来. 液压与气动. 2014(02)
[9]三维空间PLIC VOF算法研究[J]. 毕成,熊守美. 铸造. 2013(02)
[10]基于两相流的三维自由面流动模型研究[J]. 蒋昌波,邓斌,汤寒松,陈杰. 船舶力学. 2012(11)
博士论文
[1]舱室内液体晃荡的数值模拟及其与船体运动耦合作用的研究[D]. 刘永涛.上海交通大学 2014
硕士论文
[1]电动汽车减速器搅油损失的理论、仿真及实验研究[D]. 张佩.江苏大学 2017
[2]汽车差速器能耗特性理论研究与仿真分析[D]. 李佩鸿.安徽理工大学 2015
[3]基于LevelSet方法的自由面数值模拟研究[D]. 刘威.南京航空航天大学 2011
本文编号：3068957
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