铁路运输论文_轨道车辆二级齿轮箱润滑与密封特

文章目录

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 齿轮箱润滑仿真研究现状

    1.2.1 网格法研究现状

    1.2.2 粒子法研究现状

    1.2.3 搅油力矩损失研究概述

1.3 齿轮箱迷宫密封概述和研究现状

    1.3.1 迷宫密封概述

    1.3.2 迷宫密封研究现状

1.4 课题主要研究内容

1.5 本章小结

第2章 MPS方法基本原理与供油需求量分析

2.1 控制方程与粒子间相互作用模型

    2.1.1 控制方程

    2.1.2 核函数

    2.1.3 梯度模型和拉普拉斯模型

    2.1.4 时间步长标准

    2.1.5 粒子数密度和压力Poisson方程

2.2 边界条件

    2.2.1 自由表面判别

    2.2.2 边界处理办法

2.3 算法流程

2.4 齿轮传动供油需求量模型建立

    2.4.1 冷却缺油量

    2.4.2 润滑缺油量

2.5 本章小结

第3章 MPS方法单级齿轮副润滑特性验证

3.1 试验平台

3.2 数值模拟

    3.2.1 工况设置

    3.2.2 仿真参数设置

3.3 仿真结果验证分析

    3.3.1 流场分布

    3.3.2 速度场分析

    3.3.3 搅油力矩损失分析

    3.3.4 MPS数值方法误差分析

3.4 本章小结

第4章 二级齿轮箱结构优化与润滑特性分析

4.1 齿轮箱流场数值仿真

    4.1.1 几何清理和粒子生成

    4.1.2 润滑油物理参数

    4.1.3 工况和参数设置

    4.1.4 原始模型流场分布

    4.1.5 齿轮箱结构优化

4.2 结构优化后流场特性分析

    4.2.1 速度场分析

    4.2.2 压力场分析

    4.2.3 迹线分析

4.3 啮合点粒子数与搅油力矩损失时域分析

    4.3.1 啮合点粒子数时域分析

    4.3.2 搅油力矩损失时域分析

4.4 优化前后供油状态分析

4.5 优化前后功率损失分析

    4.5.1 各工况总功率损失分析

    4.5.2 不同工况各齿轮功率损失占比分析

4.6 本章小结

第5章 二级齿轮箱迷宫密封特性分析

5.1 密封系统数值仿真

    5.1.1 数学模型

    5.1.2 几何模型提取与有限元建模

    5.1.3 仿真参数设置

5.2 密封原理分析

5.3 进出口压差对密封泄漏量的影响

5.4 转子转速对密封泄漏量的影响

5.5 介质参数对密封泄漏量的影响

    5.5.1 润滑油液滴体积分数的影响

    5.5.2 润滑油液滴直径的影响

5.6 工作温度对密封泄漏量的影响

5.7 密封间隙对密封泄漏量的影响

5.8 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及专利

文章摘要:齿轮箱作为传动系统的核心部件之一,对轨道车辆的平稳安全运行起到极其重要的作用。齿轮箱工作时,会产生大量热量和分布不均匀的高压气液混合物,对齿轮箱的润滑和密封性能要求较高。轨道车自重和载重较大、行驶速度范围宽、工况变化大,容易造成齿轮箱润滑不良和密封失效。近年来,计算机流体动力学（CFD）成为齿轮箱内部流场特性研究的热门方法。本文研究的某型号轨道车辆二级传动齿轮箱结构复杂,存在轮系旋转、油气两相流和齿轮啮合间隙小等特点,传统有限元方法在模型处理、算法选用、网格划分和计算工作量等方面存在诸多问题,难以对其进行可视化仿真分析。基于充分调研与大量前期计算分析,提出利用移动粒子半隐式法（MPS）对齿轮箱飞溅润滑进行仿真分析,开展试验验证和规律探究,为润滑系统的评估和优化提供指导和参考;基于Mixture两相流模型,采用润滑油小液滴和理想气体混合物作为介质,对齿轮箱输入/输出轴两处迷宫密封的密封特性进行分析研究。首先,阐述了MPS方法的基本原理,包括控制方程、核函数、梯度模型和拉普拉斯模型、时间步长标准、边界条件和算法流程等。基于现有齿轮乏油传动研究,推导建立了齿轮传动Hertz接触区供油需求量计算模型。其次,以FZG齿轮效率试验台为研究对象,建立同等规格几何模型,用MPS方法进行数值仿真。对比仿真与试验结果发现,MPS方法可以很好捕捉到流场流动的主要特征,比较准确呈现粒子的速度分布云图,在润滑油流场分布上具有良好预测作用;对于搅油力矩损失,仿真与试验结果的误差不超过30%,具有一定准确度,可为力矩损失预测提供一种便捷的仿真方法。再次,将MPS方法成功应用到复杂几何结构二级传动齿轮箱飞溅润滑可视化仿真中,实现了转速、初始润滑油油量和温度等多因素影响下的全模型仿真分析,提取速度、压力和迹线分布云图定性分析了齿轮箱内流场特性,优化了齿轮箱的不合理结构。分析了齿轮啮合接触区油液粒子数的时域变化情况和供油状态,发现四种车况条件均满足供油需求量,初始油量越高,供油越充分,40℃和60℃温度条件下润滑效果更好。分析了搅油功率损失和各齿轮功率损失占比,发现搅油功率损失随转速和初始油量增加而变大,随温度上升而快速减小。各工况下,齿轮1与齿轮2的功率损失之和占主导作用,达到总功率损失的76-99.5%。最后,以齿轮箱输入/输出轴为研究对象,仿真分析了迷宫密封系统的密封原理。以密封泄漏量为指标分析进出口压差、转子转速、介质参数、工作温度、径向密封间隙对迷宫密封性能的影响。结果表明,迷宫密封的泄漏量与进出口压差呈正相关,且近似呈线性关系;随转子转速升高呈下降趋势,当转速超过一定阈值时,泄漏量逐渐趋于平稳;随润滑油液滴体积分数的增加而增加,液滴直径的变化对泄漏量基本不产生影响;随着工作温度的升高而增大;随着径向密封间隙增大而快速增大。

文章来源：《润滑与密封》 网址: http://www.rhymfzz.cn/qikandaodu/2022/0508/753.html