复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法技术

本发明专利技术涉及一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，属于机电液传动技术领域。本发明专利技术法从实际工程产品中直齿轮周围的复杂结构出发，对复杂结构空间按照径向与轴向两个维度进行分解，并基于工程实际，从距离、形状与重合面积三个层次，对复杂结构空间进行定义与表达；基于正交仿真计算与试验验证进行求解，采用响应面法进行拟合，不仅可以实现复杂结构空间高速旋转直齿轮的搅油损失修正计算，还能够直接指导效率优化设计。本发明专利技术有力支撑了复杂传动装置的效率预计与计算，提升了方法的可用性与通用化，便于实际应用；可以有效指导复杂结构空间下的效率优化，提升传动装置传递效率。动装置传递效率。动装置传递效率。

Calculation and correction method of oil stirring loss of high-speed rotating spur gear in complex structure space

【技术实现步骤摘要】
复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法


[0001]本专利技术属于机电液传动
，具体涉及一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法。

技术介绍

[0002]液力机械综合传动装置是复杂的机电液传动系统，内部包括大量齿轮、轴和轴承等关键零部件，其功率损失包括旋转零部件搅油损失、摩擦损失以及润滑系统的功率损失等液压损失。随着传动系统转速升高，旋转件搅油损失在功率损失中的占比升高，成为制约传动系统功率损失的重要瓶颈。
[0003]现有的搅油损失计算公式，主要关注相对开放空间下齿轮的搅油损失，通过数值仿真与试验测试等方法进行研究。但在实际的综合传动装置中，受空间尺寸与功率密度的指标制约，齿轮等旋转件周围空间密集度很高，周围空间中分布着多种零件或壳体等的壁面，齿轮高速旋转带动起来的油液与这些壁面产生碰撞滑落，因此复杂结构空间下油液流场的分布与开放空间差距很大，现有的基于相对开放空间的搅油损失计算方法与实际存在一定偏差，无法准确预计传动装置的搅油损失。
[0004]同时，研究发现，搅油损失随高速旋转件与周围壁面的距离变化呈现出不同的变化规律，因此，研究考虑复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，能够明晰复杂结构空间对搅油损失的影响参数及影响规律，为搅油损失的降低进而提升传动装置效率，减少产品运行过程中的发热，具有重要意义。
[0005]现有技术方案未发现涉及考虑复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法。

技术实现思路

[0006](一)要解决的技术问题
[0007]本专利技术要解决的技术问题是如何提供一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，以解决现有技术方案未考虑复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正的问题。
[0008](二)技术方案
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，该方法包括如下步骤：
[0010]S21、将高速旋转直齿轮周围的空间结构用无量纲径向间隙系数α
r
＝δ
r
/D
A
、轴向间隙系数α
a
＝δ
a
/D
A
和径向壁面形状系数S
wr
、轴向壁面形状系数S
wa
四个参数进行表征，其中δ
r
、δ
a
分别为径向间隙和轴向间隙，D
A
为直齿轮的齿顶圆直径；
[0011]S22、基于正交试验，分别构建考虑径向/轴向间隙与壁面形状和开放空间的齿轮搅油损失仿真计算模型，得出齿轮的径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0；
[0012]S23、设计可变空间结构的直齿轮搅油损失的试验测试装置，通过测试获得径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0；
[0013]S24、通过比较S22获得的仿真值和S23获得的试验值判断径向遮挡扭矩M
r
，轴向遮挡扭矩M
a
与开放空间扭矩M0的精度是否满足要求；如果满足，则进行下一步；如果不满足，修改仿真模型的α
r
、α
a
跳转到S22重新计算；
[0014]S25、根据径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0，计算径向空间密集系数轴向空间密集系数空间密集系数D
g
＝D
r
D
a
；其中，α
r
和α
a
已由S21获得，则可以根据D
r
和D
a
的公式获得S
wr
和S
wa
，β
r
、β
a
用于修正，分别为无量纲径向与轴向空间密集常数；
[0015]S26、以空间密集系数D
g
为响应变量，以α
r
、α
a
、S
wr
、S
wa
为输入变量，通过响应面法构建空间密集系数D
g
的响应面，通过拟合获取空间密集系数的变化规律；
[0016]S27、将开放空间的搅油损失计算公式与空间密集系数D
g
相乘，即为考虑复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算公式。
[0017]进一步地，所述传动装置中直齿轮径向壁面为平面或与齿轮分度圆同心的圆弧面。
[0018]进一步地，传动装置中直齿轮轴向壁面为平行平面。
[0019]进一步地，所述步骤S23中，试验测试装置包括齿轮副、电机、主轴、副轴、挡油板和扭矩传感器；齿轮副由主直齿轮和副直齿轮组成，电机连接主直齿轮的主轴，主轴上设置扭矩传感器，主直齿轮绕主轴旋转，主直齿轮带动副直齿轮，副直齿轮绕副轴旋转，在主直齿轮和副直齿轮的旁边分别设置有挡油板，挡油板的形状和位置可调，以模拟不同的壁面覆盖面积对搅油损失的影响，在不同情况下，通过电机读出转速，通过扭矩传感器读出扭矩，从而获得齿轮的径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0。
[0020]进一步地，所述步骤S24具体包括：判断仿真值x与试验值x'的相对误差是否满足ε为要求的误差精度，如果满足，则进行下一步；如果不满足，修改仿真模型的α
r
、α
a
跳转到S22重新计算。
[0021]本专利技术还提供一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，该方法包括如下步骤：
[0022]S11、将高速旋转直齿轮周围的空间结构用无量纲径向间隙系数α
r
＝δ
r
/D
A
、轴向间隙系数α
a
＝δ
a
/D
A
和径向壁面形状系数S
wr
、轴向壁面形状系数S
wa
四个参数进行表征，其中δ
r
、δ
a
分别为径向间隙和轴向间隙，D
A
为直齿轮的齿顶圆直径；
[0023]S12、基于正交试验，分别构建考虑径向/轴向间隙与壁面形状和开放空间的齿轮搅油损失仿真计算模型，得出齿轮的径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：S21、将高速旋转直齿轮周围的空间结构用无量纲径向间隙系数α
r
＝δ
r
/D
A
、轴向间隙系数α
a
＝δ
a
/D
A
和径向壁面形状系数S
wr
、轴向壁面形状系数S
wa
四个参数进行表征，其中δ
r
、δ
a
分别为径向间隙和轴向间隙，D
A
为直齿轮的齿顶圆直径；S22、基于正交试验，分别构建考虑径向/轴向间隙与壁面形状和开放空间的齿轮搅油损失仿真计算模型，得出齿轮的径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0；S23、设计可变空间结构的直齿轮搅油损失的试验测试装置，通过测试获得径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0；S24、通过比较S22获得的仿真值和S23获得的试验值判断径向遮挡扭矩M
r
，轴向遮挡扭矩M
a
与开放空间扭矩M0的精度是否满足要求；如果满足，则进行下一步；如果不满足，修改仿真模型的α
r
、α
a
跳转到S22重新计算；S25、根据径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0，计算径向空间密集系数轴向空间密集系数空间密集系数D
g
＝D
r
D
a
；其中，α
r
和α
a
已由S21获得，则可以根据D
r
和D
a
的公式获得S
wr
和S
wa
，β
r
、β
a
用于修正，分别为无量纲径向与轴向空间密集常数；S26、以空间密集系数D
g
为响应变量，以α
r
、α
a
、S
wr
、S
wa
为输入变量，通过响应面法构建空间密集系数D
g
的响应面，通过拟合获取空间密集系数的变化规律；S27、将开放空间的搅油损失计算公式与空间密集系数D
g
相乘，即为考虑复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算公式。2.如权利要求1所述的复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，其特征在于，所述传动装置中直齿轮径向壁面为平面或与齿轮分度圆同心的圆弧面。3.如权利要求1所述的复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，其特征在于，传动装置中直齿轮轴向壁面为平行平面。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，其特征在于，所述步骤S23中，试验测试装置包括齿轮副、电机、主轴、副轴、挡油板和扭矩传感器；齿轮副由主直齿轮和副直齿轮组成，电机连接主直齿轮的主轴，主轴上设置扭矩传感器，主直齿轮绕主轴旋转，主直齿轮带动副直齿轮，副直齿轮绕副轴旋转，在主直齿轮和副直齿轮的旁边分别设置有挡油板，挡油板的形状和位置可调，以模拟不同的壁面覆盖面积对搅油损失的影响，在不同情况下，通过电机读出转速，通过扭矩传感器读出扭矩，从而获得齿轮的径向遮挡的转速与扭矩n
r
、M
r
，轴向遮挡的转速与扭矩n
a
、M
a
与开放空间的转速与扭矩n0、M0。5.如权利要求4所述的复杂结构空间的高速旋转直齿轮搅油损失计算修正方法，其特征在于，所述步骤S24具体包括：判断仿真值x与试验值x
′
的相对误差是否满足ε为要求的误差精度，如果满足，则进行下一步；如果不满足，修改仿真模型的α
r
、α
...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂鹏，邹天刚，张金豹，毛飞鸿，桂林，黄宏游，戈红霞，王敏，孙雪岩，侯威，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：