一种行星减速器的温升评估方法技术

本发明专利技术公开了一种行星减速器的温升评估方法，通过计算等效热阻来表征行星齿轮和太阳齿轮啮合的发热及传热的方式，将温升预测放在减速器设计阶段，提升了减速器的温度场和速度场的预测精度和效率，降低和缩短减速器的设计成本和设计周期。同时这种对行星齿轮和太阳齿轮进行分开仿真处理，通过用行星齿轮的等效热阻和太阳齿轮的等效热阻分别来表征行星齿轮和太阳齿轮啮合的发热跟传热的求解思路，克服有限元传统分析方法在考虑齿轮啮合的问题上计算精度差、计算量大、温升预测周期长的不足，具有计算方便、计算准确、能比较准确计算减速器的温度场及速度场，将温升预测放到减速器设计阶段，降低花费成本，可广泛应用于减速器技术领域的技术效果。术领域的技术效果。术领域的技术效果。

【技术实现步骤摘要】
一种行星减速器的温升评估方法


[0001]本专利技术涉及减速器设计
，具体涉及一种行星减速器的温升评估方法。

技术介绍

[0002]在以往的研究中，由于减速器存在复杂的齿轮啮合，如果直接对行星齿轮和太阳齿轮的啮合进行仿真，二维和三维的计算量大，考虑齿轮的啮合，需要应用到动网格的方法，整体计算量大，并且计算精度差；因此，对于减速器的温升情况往往还是采用将减速机样机架设于实验台测试的方式获取；这一方式增加了减速器的设计成本和周期。

技术实现思路

[0003]因此，本专利技术为了克服现有技术中减速器的温升评估导致的设计成本增加及周期长的缺陷，从而提供一种行星减速器的温升评估方法。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种行星减速器的温升评估方法，基于有限元仿真分析平台，包括以下步骤：
[0006]根据行星齿轮的实际几何参数构建行星齿轮的物理模型，根据太阳齿轮的实际几何参数构建太阳齿轮的物理模型；
[0007]设置行星齿轮的有限元参数，以获取行星齿轮的温度场；设置太阳齿轮的有限元参数，以获取太阳齿轮的温度场；
[0008]根据行星齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的等效热阻，根据太阳齿轮的温度场、表面积参数及热源计算太阳齿轮的等效热阻；
[0009]根据减速器的实际几何参数构建减速器的物理模型；
[0010]设置减速器的有限元参数，并将所述太阳齿轮的等效热阻和所述行星齿轮的等效热阻分别施加到所述减速器的物理模型中的太阳齿轮和行星齿轮上，以构建减速器的有限元模型；
[0011]根据所述减速器的有限元模型，以获得所述减速器的温度及速度分布场。
[0012]根据本专利技术的一些实施例，所述设置行星齿轮的有限元参数，以获取行星齿轮的温度场的步骤包括：设置行星齿轮的有限元参数，以构建行星齿轮的有限元模型；在所述行星齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取行星齿轮的温度场；
[0013]所述设置太阳齿轮的有限元参数，以获取太阳齿轮的温度场的步骤包括：设置太阳齿轮的有限元参数，以构建太阳齿轮的有限元模型；在所述太阳齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取太阳齿轮的温度场；
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述设置行星齿轮的有限元参数，以构建行星齿轮的有限元模型的步骤包括：
[0015]在有限元模型中对行星齿轮进行单元选择和材料设定；
[0016]在有限元模型中对行星齿轮进行网格划分；
[0017]在有限元模型中设置行星齿轮热负荷，以构建行星齿轮的有限元模型；
[0018]所述设置太阳齿轮的有限元参数，以构建太阳齿轮的有限元模型的步骤包括：
[0019]在有限元模型中对太阳齿轮进行单元选择和材料设定；
[0020]在有限元模型中对太阳齿轮进行网格划分；
[0021]在有限元模型中设置太阳齿轮热负荷，以构建太阳齿轮的有限元模型。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述在有限元模型中对行星齿轮进行单元选择和材料设定具体为：根据所述行星齿轮的实际材料的比热容、密度及导热系数对所述行星齿轮进行定义；将靠近所述行星齿轮的流体域设置为旋转域，将远离所述行星齿轮的流体域设置为静止域；
[0023]所述在有限元模型中对太阳齿轮进行单元选择和材料设定具体为：根据所述太阳齿轮的实际材料的比热容、密度及导热系数对所述太阳齿轮进行定义；将靠近所述太阳齿轮的流体域设置为旋转域，将远离所述太阳齿轮的流体域设置为静止域。
[0024]所述在有限元模型中对行星齿轮进行网格划分具体为：将所述行星齿轮的几何模型划分为四面体类型的网格方案；
[0025]所述在有限元模型中对太阳齿轮进行网格划分具体为：将所述太阳齿轮的几何模型划分为四面体类型的网格方案。
[0026]所述在有限元模型中设置行星齿轮热负荷具体为：将行星齿轮的面热源及行星轴承的体热源分别添加到行星轮齿轮表面、行星齿轮轴承；
[0027]所述在有限元模型中设置太阳齿轮热负荷具体为：将太阳齿轮的面热源及太阳轴承的体热源分别添加到太阳轮齿轮表面、太阳齿轮轴承。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述在所述行星齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取行星齿轮的温度场具体为：设置行星齿轮对应的转速及周围润滑油的初始温度，将行星齿轮的有限元模型进行计算，得到行星齿轮的温度场、速度场分布结果；
[0029]所述在所述太阳齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取太阳齿轮的温度场具体为：设置太阳齿轮对应的转速及周围润滑油的初始温度，将太阳齿轮的有限元模型进行计算，得到太阳齿轮的温度场、速度场分布结果。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述根据行星齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的等效热阻的步骤包括：根据行星齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的对流表面换热系数，对行星齿轮进行结构简化，根据所述行星齿轮的对流表面换热系数计算结构简化后的行星齿轮的等效热阻；
[0031]所述根据太阳齿轮的温度场、表面积参数及热源计算太阳齿轮的等效热阻的步骤包括：根据太阳齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的对流表面换热系数，对太阳齿轮进行结构简化，根据所述太阳齿轮的对流表面换热系数计算结构简化后的太阳齿轮的等效热阻。
[0032]根据本专利技术的一些实施例，所述根据行星齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的对流表面换热系数和所述根据太阳齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的对流表面换热系数的计算公式如下：
[0033][0034]式中，h为对流表面换热系数，Q为行星齿轮或太阳齿轮总损耗功率，A为行星齿轮
或太阳齿轮外周表面有效换热面积，壁面温度t
w
为齿轮壁面平均温度，温度t
f
为润滑油流体与通道壁面接触接口的平均温度；
[0035]所述根据所述行星齿轮的对流表面换热系数计算结构简化后的行星齿轮的等效热阻和所述根据所述太阳齿轮的对流表面换热系数计算结构简化后的太阳齿轮的等效热阻的计算公式如下：
[0036][0037]式中，R为等效热阻，h为对流表面换热系数，A为行星齿轮或太阳齿轮外周表面有效换热面积，A
′
为结构简化后行星齿轮或太阳齿轮外周表面积。
[0038]根据本专利技术的一些实施例，所述对行星齿轮进行结构简化具体为：将所述行星齿轮几何模型简化为圆柱体；
[0039]所述对太阳齿轮进行结构简化具体为：将所述太阳齿轮的几何模型简化为圆柱体。
[0040]根据本专利技术的一些实施例，所述设置减速器的有限元参数，并将所述太阳齿轮的等效热阻和所述行星齿轮的等效热阻分别施加到所述减速器的物理模型中的太阳齿轮和行星齿轮上，以构建减速器的有限元模型的步骤包括：
[0041]在有限元模型中对减速器的物理模型中的所有部件进行单元选择和材料设定；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种行星减速器的温升评估方法，基于有限元仿真分析平台，其特征在于，包括以下步骤：根据行星齿轮的实际几何参数构建行星齿轮的物理模型，根据太阳齿轮的实际几何参数构建太阳齿轮的物理模型；设置行星齿轮的有限元参数，以获取行星齿轮的温度场；设置太阳齿轮的有限元参数，以获取太阳齿轮的温度场；根据行星齿轮的温度场、表面积参数及热源计算行星齿轮的等效热阻，根据太阳齿轮的温度场、表面积参数及热源计算太阳齿轮的等效热阻；根据减速器的实际几何参数构建减速器的物理模型；设置减速器的有限元参数，并将所述太阳齿轮的等效热阻和所述行星齿轮的等效热阻分别施加到所述减速器的物理模型中的太阳齿轮和行星齿轮上，以构建减速器的有限元模型；根据所述减速器的有限元模型，以获得所述减速器的温度及速度分布场。2.根据权利要求1所述的行星减速器的温升评估方法，其特征在于，所述设置行星齿轮的有限元参数，以获取行星齿轮的温度场的步骤包括：设置行星齿轮的有限元参数，以构建行星齿轮的有限元模型；在所述行星齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取行星齿轮的温度场；所述设置太阳齿轮的有限元参数，以获取太阳齿轮的温度场的步骤包括：设置太阳齿轮的有限元参数，以构建太阳齿轮的有限元模型；在所述太阳齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取太阳齿轮的温度场。3.根据权利要求2所述的行星减速器的温升评估方法，其特征在于，所述设置行星齿轮的有限元参数，以构建行星齿轮的有限元模型的步骤包括：在有限元模型中对行星齿轮进行单元选择和材料设定；在有限元模型中对行星齿轮进行网格划分；在有限元模型中设置行星齿轮热负荷，以构建行星齿轮的有限元模型；所述设置太阳齿轮的有限元参数，以构建太阳齿轮的有限元模型的步骤包括：在有限元模型中对太阳齿轮进行单元选择和材料设定；在有限元模型中对太阳齿轮进行网格划分；在有限元模型中设置太阳齿轮热负荷，以构建太阳齿轮的有限元模型。4.根据权利要求3所述的行星减速器的温升评估方法，其特征在于，所述在有限元模型中对行星齿轮进行单元选择和材料设定具体为：根据所述行星齿轮的实际材料的比热容、密度及导热系数对所述行星齿轮进行定义；将靠近所述行星齿轮的流体域设置为旋转域，将远离所述行星齿轮的流体域设置为静止域；所述在有限元模型中对太阳齿轮进行单元选择和材料设定具体为：根据所述太阳齿轮的实际材料的比热容、密度及导热系数对所述太阳齿轮进行定义；将靠近所述太阳齿轮的流体域设置为旋转域，将远离所述太阳齿轮的流体域设置为静止域；所述在有限元模型中对行星齿轮进行网格划分具体为：将所述行星齿轮的几何模型划分为四面体类型的网格方案；所述在有限元模型中对太阳齿轮进行网格划分具体为：将所述太阳齿轮的几何模型划
分为四面体类型的网格方案；所述在有限元模型中设置行星齿轮热负荷具体为：将行星齿轮的面热源及行星轴承的体热源分别添加到行星轮齿轮表面、行星齿轮轴承；所述在有限元模型中设置太阳齿轮热负荷具体为：将太阳齿轮的面热源及太阳轴承的体热源分别添加到太阳轮齿轮表面、太阳齿轮轴承。5.根据权利要求2所述的行星减速器的温升评估方法，其特征在于，所述在所述行星齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取行星齿轮的温度场具体为：设置行星齿轮对应的转速及周围润滑油的初始温度，将行星齿轮的有限元模型进行计算，得到行星齿轮的温度场、速度场分布结果；所述在所述太阳齿轮的有限元模型中设置边界条件及求解，以获取太阳齿轮的温度场具体为：设置太阳齿轮对应的转速及周围润滑油的初始温度，将太阳齿轮的有限元模型进行计算，得到太阳齿轮的温度场、速度场分布结果。6.根据权利要求1所述的行星减速器的温升评估...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志彬，
申请(专利权)人：厦门钨业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：