一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，涉及高铁动车组技术领域。本方法包括以下步骤：通过三维设计软件建立齿轮箱模型；通过有限元前处理软件，对齿轮箱模型划分六面体网格，建立齿轮箱有限元模型；建立润滑油液SPH粒子模型并填充至齿轮箱体；进行显式动力学计算；根据计算结果对齿轮箱飞溅润滑性能进行分析。基于FEM和SPH特点优势，对固

【技术实现步骤摘要】
一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法


[0001]本专利技术涉及高铁动车组
，尤其是一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法。

技术介绍

[0002]齿轮箱作为高铁动车组的传动装置的重要部件，其传动性能直接影响着高铁动车组运行效率和安全。随着高铁动车组技术发展，对齿轮箱技术提出了更高要求。齿轮作为齿轮箱的传动机构，要求其具有高转速、大功率、低噪声等特点。准确的传动比、低噪声以及良好的润滑性能成为齿轮箱设计的重点要求。润滑油液在齿轮高速旋转作用下，会伴随着强烈的振动冲击，涉及到位移场、温度场等多物理场等复杂力学耦合效应。
[0003]在多相润滑工况情况下，模拟润滑油液在齿轮箱的流动、分布情况以及润滑能力，涉及到多相、松散和物性分散等复杂的物理和化学现象。用连续体力学理论(有限单元法或者边界元法)、离散元法、以及有限体积法都难以分析该运动状态下的实际物理过程。

技术实现思路

[0004]本专利技术的专利技术目的在于：针对上述存在的问题，提供一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，基于FEM和SPH特点优势，对固
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液两相工况下的齿轮箱润滑系统飞溅润滑过程进行分析，为齿轮箱设计和迷宫密封提供了一个全新方法。
[0005]本专利技术采用的技术方案如下：一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1：通过三维设计软件建立齿轮箱模型；
[0007]步骤2：通过有限元前处理软件，对齿轮箱模型划分六面体网格，建立齿轮箱有限元模型；
[0008]步骤3：建立润滑油液SPH粒子模型并填充至齿轮箱体；
[0009]步骤4：进行显式动力学计算；
[0010]步骤5：根据步骤4的计算结果对齿轮箱飞溅润滑性能进行分析。
[0011]可供选择的，所述步骤1中齿轮箱模型包括箱体、齿轮系以及驱动轴。
[0012]可供选择的，所述步骤1中还包括：将齿轮箱模型中驱动轴设置为刚性材料，将齿轮系设置为塑性动力学本构材料。
[0013]可供选择的，所述步骤1和步骤2之间还包括步骤1.5：对齿轮系进行几何清理和修复。
[0014]可供选择的，所述步骤4中还包括：将齿轮系中啮合的齿轮之间以及齿轮系、箱体与润滑油液SPH粒子之间均设置为双向自动点面接触。
[0015]可供选择的，所述步骤4中还包括：将齿轮系与驱动轴之间设置为刚性连接。
[0016]可供选择的，所述步骤2和步骤3之间还包括步骤2.5：在三维软件中进行曲面填充，生成油液的三维实体模型。
[0017]可供选择的，所述步骤3采用LS
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PREPOST软件建立润滑油液SPH粒子并根据润滑油液容积填充至箱体。
[0018]可供选择的，所述步骤3中还包括：将润滑油液设置为流体材料并施加状态方程。
[0019]可供选择的，所述步骤4中采用罚函数的接触算法进行显式动力学计算。
[0020]有限单元法(Finite Element Method,FEM)建立在固体流动变分原理之上，基于连续体介质力学，借助现代计算机求解技术，在现代设计方法中得到了广泛应用。由于齿轮传动系统飞溅润滑涉及到大变形、多物理场耦合等高度非线性等问题，如运用有限单元法对其进行数值分析计算，会因网格的畸变，造成求解不收敛。
[0021]无网格法利用节点数据建立插值函数，不需要划分单元，在处理接触碰撞中的大变形与畸变等诸多方面有独特优势。无网格法中应用比较多的方法是光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH)。
[0022]SPH方法不存在网格畸变问题，可以精确地实现复杂材料的本构行为。非常适合描述流固耦合作用下齿轮箱飞溅润滑的动力学特性。
[0023]FEM在计算连续体介质的力学变形具有较高的效率和精度，SPH方法在模拟大变形、流固耦合及高度非线性等方面具有较大的优势。
[0024]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
[0025]1、本专利技术所提供的一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，将FEM与SPH方法进行耦合，在较大变形区采用SPH方法，较小变形区采用FEM方法，能够最大限度地发挥两种方法的优点，从而保证计算求解的精度和效率；
[0026]2、本专利技术所提供的一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，能够分析齿轮箱在多种容积润滑油液状态下的飞溅润滑状态，获得润滑油液在飞溅润滑状态下的润滑油液流场、速度分布、压力分布；还能够通过改变齿轮箱密封的几何结构和润滑油容积，获得密封泄露特性和稳定性最佳的结构和参数；
[0027]3、本专利技术所提供的一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，更加深入地探究齿轮箱不同结构形式迷宫密封的作用机理，揭示更为本质的问题，为实验提供了更加可行的指导，给设计工程师提供改进方案和建议，减少重复修模、反复设计的时间，降低实验成本和费用，从而缩短研发周期、提高生产效率以及降低生产成本。
附图说明
[0028]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0029]图1是齿轮系FEM模型。
[0030]图2是油液SPH模型。
[0031]图3是齿轮传动润滑系统FEM
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SPH模型一。
[0032]图4是齿轮传动润滑系统FEM
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SPH模型二。
[0033]图5是t0时刻油液分布。
[0034]图6是t1时刻油液分布。
[0035]图7是t2时刻油液分布。
[0036]图8是t3时刻油液分布。
[0037]图9是t4时刻油液分布。
[0038]图10是t5时刻油液分布。
[0039]图11是t0时刻油液速度流场。
[0040]图12是t1时刻油液速度流场。
[0041]图13是t2时刻油液速度流场。
[0042]图14是t3时刻油液速度流场。
[0043]图15是t4时刻油液速度流场。
[0044]图16是t5时刻油液速度流场。
[0045]图中标记：1
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一级主动轮，2
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一级从动轮，3
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二级主动轮，4
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二级从动轮，5
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驱动轴。
具体实施方式
[0046]下面结合附图列举一具体的实施例，对本专利技术作详细的说明。
[0047]通过三维设计软件建立齿轮箱模型。
[0048]在保证数值计算的精度和求解的速度前提下，采用SPACECLAIM对齿轮系中损坏的几何模型进行修复，并且去除不影响计算精度的倒角、圆角、小孔以及环边等特征，以减少不必要的网格量及网格生成时间成本。
[0049]在SPACECLAIM中以中间格式(igs、x
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t或者step)导出几何模型，在HYPERMESH软件中进行六面体网格划分，建立齿轮箱有限元模型。其中，实体单元采用SOLID164类型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：通过三维设计软件建立齿轮箱模型；步骤2：通过有限元前处理软件，对齿轮箱模型划分六面体网格，建立齿轮箱有限元模型；步骤3：建立润滑油液SPH粒子模型并填充至齿轮箱体；步骤4：进行显式动力学计算；步骤5：根据步骤4的计算结果对齿轮箱飞溅润滑性能进行分析。2.如权利要求1所述的齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，其特征在于：所述步骤1中齿轮箱模型包括箱体、齿轮系以及驱动轴。3.如权利要求2所述的齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，其特征在于：所述步骤1中还包括：将齿轮箱模型中驱动轴设置为刚性材料，将齿轮系设置为塑性动力学本构材料。4.如权利要求2所述的齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，其特征在于：所述步骤1和步骤2之间还包括步骤1.5：对齿轮系进行几何清理和修复。5.如权利要求2所述的齿轮箱飞溅润滑性能分析方法，其特征在于：所述步骤4中还包括：将齿轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱留宪，
申请(专利权)人：四川工程职业技术学院，
类型：发明
国别省市：