齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法技术

本发明专利技术公开了齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，通过引入风阻贡献因子系数和油气比模型，提出了一种理论分析方法，以预测部分浸入润滑油中旋转的单个直/斜齿轮的相关负载无关功率损失。方法包括：基于风力贡献因子系数和油气比模型计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩；计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的搅拌阻力扭矩；对风阻阻力扭矩与所述搅油阻力扭矩求和得到高速齿轮的负载无关功率总损失。本发明专利技术可预测高速工况下直齿轮与斜齿轮负载无关功率损失，提高了直/斜齿轮的负载无关功率损失分析的准确性。失分析的准确性。失分析的准确性。

【技术实现步骤摘要】
齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法


[0001]本专利技术涉及齿轮功率损失预测
，具体来说，涉及齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法。

技术介绍

[0002]在高速传动系统中，齿轮与周围润滑油、空气等流体发生相互作用，产生的风阻损失和搅油损失会产生大量的热，从而影响传动系统正常工作。对于航空传动系统中的高速齿轮而言，由于润滑油在齿轮箱中的沉积，部分齿轮会浸入润滑油中，高速主减速器中的齿轮常由喷射润滑将转变为飞溅润滑，在这种情况下，齿轮搅油和风阻现象并存，经典的搅油或风阻功率损失的估算方法将不再适用，目前几乎无明确文献提出预测齿轮在风阻和搅油共存状态下的广义总体损失功率预测方法。

技术实现思路

[0003]针对相关技术中的问题，本专利技术提出高速齿轮从风阻损失到搅油损失共存过渡状态下负载无关功率损失估计方法，以解决目前无有效方法对高速齿轮在风阻和搅油共存状态下功率损失进行估计的问题。
[0004]为此，本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0005]所述方法至少包括如下步骤：
[0006]步骤一，基于风力贡献因子系数和油气比模型计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩；
[0007]步骤二，计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的搅拌阻力扭矩；
[0008]步骤三，对所述风阻阻力扭矩与所述搅油阻力扭矩求和得到高速齿轮的负载无关功率总损失。
[0009]在可能的一个设计中，步骤一具体包括如下步骤：
[0010]步骤A，计算无搅油行为下齿轮风阻扭矩；
[0011]步骤B，计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻贡献系数；
[0012]步骤C，根据所述无搅油行为下齿轮风阳扭矩及风阻贡献系数计算风阻和搅油行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩。
[0013]在可能的一个设计中，其中步骤A具体包括如下步骤：
[0014]步骤a，根据油气比模型计算齿轮周围油和空气介质的混合物度ρ
mix
；
[0015]步骤b，结合层流湍流分析计算施加在齿轮齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
；
[0016]步骤c，对所述齿轮齿侧风阻扭矩与齿轮齿面风阻扭矩求和获得无搅油行为下齿轮风阻扭矩。
[0017]在可能的一个设计中，其中，步骤a具体包括应用下列表达式计算齿轮周围油和空气介质的混合物度ρ
mix
：
[0018]ρ
mix
＝χρ
air
，
[0019]其中ρ
air
为空气密度，单位：千克/立方米kg/m3，χ应用以下列表达式计算：
[0020][0021]其中
[0022][0023]在可能的一个设计中，步骤b具体包括如下：计算雷诺数，根据雷诺数进行层流湍流的分析判断，应用下列表达式计算齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
；
[0024]步骤c具体包括，根据结合层流湍流分析获取施加在齿轮齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
，应用以下列表达式计算无搅油行为下齿轮风阻扭矩T
wind0
：
[0025]T
wind0
＝2T
flank
+T
teeth
，
[0026]其中，步骤B具体包括：计算齿轮的节距半径R
p
，应用下列表达式计算风阻贡献系数：
[0027][0028]其中h为齿轮的浸油深度；
[0029]用下列表达式计算风阻和搅油行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩：
[0030]T
wind
＝λT
wind0
，
[0031]其中λ为齿轮风阻贡献系数，T
wind0
为无搅油行为下齿轮风阻扭矩。
[0032]在可能的一个设计中，其中，步骤二中，首先根据临界雷诺数Re
th
和离心效应参数γ计算无量纲搅拌阻力矩C
churn
，其中Re
th
＝ρ
oil
ωR
p
b/μ
oil
，其中ρoil为润滑油密度密度，单位：千克/立方米kg/m3，b为齿轮齿宽，R
p
为齿轮的节距半径，μ
oil
为润滑油粘度。离心效应参数γ由下列表达式计算：
[0033]γ＝ω2(R
p
bm
n
)
1/3
，
[0034]其中ω为齿轮角速度，b为齿轮齿宽，R
p
为齿轮的节距半径，m
n
为齿轮法向模数；再计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的搅拌阻力扭矩T
churn
，如下列表达式：
[0035][0036]其中ρoil为润滑油密度密度，单位：千克/立方米kg/m3，ω为齿轮角速度，R
p
为齿轮的节距半径、S
w
为齿轮油润湿表面积，包括齿轮的前/后表面的侧面和齿面。
[0037]在可能的一个设计中，步骤三中的负载无关功率损失可由下列表达式计算：
[0038]T
overall
＝T
wind
+T
churn
，
[0039]P
overall
＝ωT
overall
，
[0040]其中，T
overall
为齿轮负载无关扭矩，T
wind
为浸没在空气中的高速齿轮的风阻扭矩，T
churn
为浸没在润滑油中的高速齿轮的搅油阻力扭矩，ω为齿轮角速度。
[0041]本专利技术还提供一种齿轮功率损失计算装置，包括存储器、控制处理器及存储在所述存储器上并可在所述控制处理器上运行的计算机程序，所述控制处理器执行所述程序，以实现前述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法。
[0042]本专利技术还提供一种控制系统，包括前述齿轮功率损失计算装置。
[0043]本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使计算机执行前述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法。
[0044]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0045]本专利技术通过计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩；计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的搅拌阻力扭矩；风阻阻力扭矩与搅油阻力扭矩求和得到高速齿轮的负载无关功率总损失，从而能够预测高速工况下齿轮负载无关功率损失，提高了高速齿轮的负载无关功率损失分析的准确性。
附图说明...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，其特征在于，所述方法至少包括如下步骤：步骤一，基于风力贡献因子系数和油气比模型计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩；步骤二，计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的搅拌阻力扭矩；步骤三，对所述风阻阻力扭矩与所述搅油阻力扭矩求和得到高速齿轮的负载无关功率总损失。2.根据权利要求1所述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，其特征在于，步骤一具体包括如下步骤：步骤A，计算无搅油行为下齿轮风阻扭矩；步骤B，计算风阻和搅拌行为的共存状态下高速齿轮的风阻贡献系数；步骤C，根据所述无搅油行为下齿轮风阳扭矩及风阻贡献系数计算风阻和搅油行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩。3.根据权利要求2所述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，其特征在于，其中步骤A具体包括如下步骤：步骤a，根据油气比模型计算齿轮周围油和空气介质的混合物度ρ
mix
；步骤b，结合层流湍流分析计算施加在齿轮齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
；步骤c，对所述齿轮齿侧风阻扭矩与齿轮齿面风阻扭矩求和获得无搅油行为下齿轮风阻扭矩。4.根据权利要求3所述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，其特征在于，其中，步骤a具体包括应用下列表达式计算齿轮周围油和空气介质的混合物度ρ
mix
：ρ
mix
＝χρ
air
，其中ρ
air
为空气密度，单位：千克/立方米kg/m3，χ应用以下列表达式计算：其中5.根据权利要求3所述的齿轮在风阻和搅油共存状态下的功率损失计算方法，其特征在于，其中，步骤b具体包括如下：计算雷诺数，根据雷诺数进行层流湍流的分析判断，应用下列表达式计算齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
；
步骤c具体包括，根据结合层流湍流分析获取施加在齿轮齿侧风阻扭矩T
flank
和齿轮齿面风阻扭矩T
teeth
，应用以下列表达式计算无搅油行为下齿轮风阻扭矩T
wind0
：T
wind0
＝2T
flank
+T
teeth
，其中，步骤B具体包括：计算齿轮的节距半径R
p
，应用下列表达式计算风阻贡献系数：其中h为齿轮的浸油深度；用下列表达式计算风阻和搅油行为的共存状态下高速齿轮的风阻阻力扭矩：T
wind
＝λT
wind0
，其中λ为齿轮风阻贡献系数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴瑜，梁崇煜，朱湘，尹美，杨端，钟建锋，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：