齿轮副搅油损失理论计算与实验研究

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近年来,随着汽车趋于电动化、高速化和高效率发展,传动系统效率成为了新能源汽车续航里程的关键影响因素之一。齿轮传动系统作为汽车传动的主要部件,其传动效率对于提升汽车经济性尤为重要。齿轮传动系统的损失主要由轮齿啮合损失、轴承损失和搅油损失组成,在高速轻载工况下,搅油损失占比最大。齿轮传动系统的搅油损失影响因素众多,如齿轮参数、工况参数以及润滑油参数等齿轮系统内部因素,倾斜角度、箱体尺寸以及内部型腔等外部因素。但国内外尚缺乏完整的理论模型来预测搅油损失,大多是通过实验得到的半经验公式对搅油损失进行预测,应用范围有限。本课题针对齿轮传动系统的搅油损失量化手段不足的问题而展开,从理论角度出发,建立了齿轮副搅油损失流体力学分析模型;设计并搭建了齿轮副搅油损失实验台架,对模型进行了验证,并基于实验数据研究了搅油损失的参数影响规律;基于理论模型对高速工况下的搅油损失参数影响规律进行了深入分析;最后结合移动粒子半隐式法建立了新能源汽车减速器搅油损失计算模型与流体仿真分析模型,通过计算数值与润滑油分布分析了不同加油量和倾斜角度下减速器搅油损失的变化规律。具体内容为:1、根据流固相对运动时的阻力原理,结合齿轮副与润滑油的接触状态,将齿轮副的搅油损失分为了端面摩擦损失、周面摩擦损失以及啮合区域挤压损失。运用边界层定理与摩擦学原理推导出了齿轮的端面摩擦损失与周面摩擦损失;运用流体连续性方程、动量守恒原理以及伯努利原理推导出了齿轮副啮合区域的挤压损失,进而建立了齿轮副搅油损失流体力学理论计算模型。2、通过理论计算模型提炼出了搅油损失的影响参数,针对性的设计并搭建了搅油损失测试实验台架。基于台架实验方法,测量了不同转速、齿宽、传动比、模数、螺旋角、浸油深度、润滑油密度和粘度下的搅油损失。基于实验数据,对理论模型进行了验证并分析了齿轮副搅油损失参数影响规律。3、基于建立的齿轮副搅油损失理论计算模型,研究了齿轮副在高转速下转速、齿宽、传动比、模数、螺旋角、浸油深度、润滑油密度和粘度对搅油损失的影响规律与作用机理。运用正交实验原理,设计了七因素三水平正交实验,对各参数的影响顺序进行了分析。4、基于齿轮副搅油损失理论计算模型并结合移动粒子半隐式法,对新能源汽车减速器搅油损失进行了分析。建立了减速器搅油损失计算模型与流体仿真分析模型,对模型进行了求解,获得了减速器在不同加油量和倾斜角度下的搅油损失数值,并结合减速器内部润滑油的分布情况,研究了加油量和倾斜角度对减速器搅油损失的影响规律,为实际工程应用提供了参考。
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