高速列車傳動(dòng)齒輪箱的熱平衡計(jì)算分析

1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文高速列車傳動(dòng)齒輪箱的熱平衡計(jì)算分析學(xué)校:上海交通大學(xué)院系:機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院工程領(lǐng)域：機(jī)械工程交大導(dǎo)師：張武高副教授企業(yè)導(dǎo)師：周平教授級(jí)高工工程碩士：黃智勇學(xué)號(hào)：1040212072上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2007年5月A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University forMaster Degree of EngineeringINVESTIGATION ON THERMOBALANCE OF TRANSMISSIONGEARBOX IN HIGH SPEED TRAINAuthor: H

2、uang ZhiyongSpecialty: Mechanical EngineeringAdvisor I: Associate Prof. Zhang WugaoAdvisor II: Prof. Zhou PingSchool of Mechanical and Power EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai, P. R.ChinaMay 30, 2007© 1 *>4-2012 Chirui Academic Journal Elec Iran ic Publishing House. All rights

3、reserved,http: /'/wav .cnk i. iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文Abstract咼速列車傳動(dòng)齒輪箱的熱平衡計(jì)算分析摘要列車高速運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)齒輪箱在熱方面的工作環(huán)境非常惡劣，本文針對(duì)中國(guó)南車集團(tuán)戚墅堰研究所開發(fā)的300km/h電動(dòng)車組傳動(dòng)齒輪箱進(jìn)行了熱分析研究。 首先，研究高速列車傳動(dòng)齒輪箱的發(fā)熱機(jī)理， 分析其內(nèi)部熱源的種類和傳熱途徑，在查閱大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，選取一套適用于高速列車齒輪箱的熱功率損失計(jì)算方法，定量評(píng)估了各種損失在齒輪箱熱損失中所占的比例，及齒輪箱的各個(gè)參數(shù)對(duì)功率損失的影響，提出了降低熱平衡溫度措施，為設(shè)計(jì)高速列車齒輪箱提供了參考。然后，建立

4、了高速列車傳動(dòng)齒輪箱的熱分析數(shù)學(xué)模型，使用 CFD軟件Flue nt對(duì)高速列車的平衡溫度場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算，并與實(shí)際測(cè) 量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，在驗(yàn)證模型有效性的基礎(chǔ)上，分析了傳動(dòng)齒輪箱的溫度場(chǎng)分布規(guī)律。最后，使用該模型模擬分析了列車運(yùn)行速度和齒輪 箱浸油深度對(duì)齒輪箱平衡溫度的影響，并對(duì)列車在實(shí)際運(yùn)行時(shí)的齒輪箱平衡溫度場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。該論文為高速列車傳動(dòng)齒輪箱平衡溫度的 預(yù)測(cè)和齒輪箱的可靠運(yùn)行研究提供了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)J速列車，傳動(dòng)齒輪箱，熱功率損失，平衡溫度場(chǎng)，計(jì)算分析INVESTIGATION ON THERMO BALANCE OF TRANSMISSION GEARBOX IN HIGH SPEED

5、 TRAINABSTRACTThe thermal operati on con diti ons of drive gearbox are very severe whe n the train runs at high speed. The research object of this thesis is to an alyze the gearbox which is developed by CSR Qishuya n research in stitute and is used in 300 km/h high speed train.At first, the gen erat

6、i on mecha nism of the heat in high speed gearbox was in vestigated, the category and tran sfer modes of heat sources were an alyzed. Based on the former research, the method suitable for calculati ng the thermal power loss of high speed gearbox was proposed. By using this method, the proporti on of

7、 thermal power losses and the effect of gearbox parameters were evaluated qua ntificati on ally. On this base, the method to decrease the thermal bala nee temperature was advised, which will be great helpful for the desig n of high speed gearbox.Then, the mathematical and physical model for high spe

8、ed gearbox thermal an alysis was built, The CFD method was adopted to solve the model. The calculating results of the balance temperature field is validated by using test data from the test rig. On the validation base, temperature distributi on patter n of the gearbox was an alyzed and discussed.Fin

9、 ally, the model was used to an alyze the in flue nce of train running speeds and gear immers ion depth on the bala nce temperature field. And the actual temperature field of the gear box in operati on was predicted.This thesis provided theory and experime ntal foun dati ons for predicting the therm

10、al balance and the reliability of high-speed gearbox. Keywords : High speed gearbox, thermal power loss, heat transfer model, bala nce temperature field, CFD simulatio nII© 1 *>4-2012 Chirui Academic Journal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位

11、論文目錄摘要IABSTRACTII第一章緒論11.1課題研究的工程需求和現(xiàn)實(shí)意義 11.2課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.3研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容5第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算 62.1齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)62.2齒輪箱各種熱功率損失的計(jì)算方法 82.2.1風(fēng)阻損失計(jì)算與分析82.2.2攪油損失分析計(jì)算122.2.3齒輪嚙合損失分析計(jì)算 192.2.4軸承摩擦損失分析計(jì)算262.3齒輪箱損失分析292.4本章小結(jié)31第三章齒輪箱的傳熱數(shù)值分析 333.1齒輪箱熱分析建模333.2齒輪箱內(nèi)外表面換熱系數(shù)的確定343.2.1齒輪箱內(nèi)壁面的對(duì)流換熱系數(shù) 353.2.2齒輪箱外表面的對(duì)流換熱系數(shù)353.2.3實(shí)

12、驗(yàn)齒輪箱內(nèi)外表面散熱系數(shù)383.3齒輪箱的傳熱模型求解423.3.1 CFD商品軟件Flue nt簡(jiǎn)要介紹423.3.2幾何模型與網(wǎng)格的劃分443.3.3模型求解463.3.4邊界條件的設(shè)定4813.4齒輪箱的溫測(cè)實(shí)驗(yàn)與熱模型驗(yàn)證49341試驗(yàn)條件493.4.2試驗(yàn)結(jié)果503.4.3結(jié)果對(duì)比分析523.5齒輪箱的溫度場(chǎng)分布規(guī)律523.6本章小結(jié)57第四章 行車轉(zhuǎn)速與浸油深度對(duì)齒輪箱平衡溫度的影響 584.1實(shí)驗(yàn)條件下轉(zhuǎn)速的影響584.2列車實(shí)際運(yùn)行條件下轉(zhuǎn)速的影響 614.3浸油深度對(duì)平衡溫度的影響 634.4本章小結(jié)67第五章全文工作總結(jié)與展望 68參考文獻(xiàn) 69攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文

13、71致謝72© 1 *>4-2012 Chirui Academic Journal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章 緒論第一章緒論1.1 課題研究的工程需求和現(xiàn)實(shí)意義自從1964年日本新干線開通以來，高速鐵路就成為鐵路技術(shù)發(fā)展的方向， 近年來，高速鐵路再次成為世界解決交通問題的首選。日本、法國(guó)、德國(guó)、西班 牙、意大利、英國(guó)、比利時(shí)、丹麥、韓國(guó)等國(guó)已先后開通高速鐵路，瑞典、美國(guó) 等國(guó)通過擺式列車技術(shù)實(shí)現(xiàn)既有線上的高速行車。我國(guó)已經(jīng)制

14、定了并通過了2020年中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃，明確了我國(guó)鐵路網(wǎng)中長(zhǎng)期建設(shè)目標(biāo)和任務(wù)，描繪 了鐵路網(wǎng)至2020年的宏偉藍(lán)圖：到2020年，為滿足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸需求， 建立省會(huì)城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道， 以及環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)、 珠江三角洲地區(qū)三個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)。建設(shè)客運(yùn)專線1.2萬(wàn)公里以上（該客運(yùn)專線運(yùn)行速度均為200km/h以上，其中京滬鐵路可能達(dá)到 300km/h）。高速鐵路 是集中了很多高新技術(shù)的系統(tǒng)工程， 高速列車是其中一個(gè)很重要的部分， 直接關(guān) 系到乘客的生命安全和舒適度。隨著我國(guó)高速鐵路事業(yè)的發(fā)展，高速列車的發(fā)展 成為我國(guó)的當(dāng)務(wù)之急，而影響高速列車安全的重要部件就是轉(zhuǎn)向

15、架，傳動(dòng)齒輪箱 是轉(zhuǎn)向架中的一個(gè)關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)把列車的動(dòng)力傳遞到輪對(duì)，對(duì)列車行車安全和 列車的動(dòng)力學(xué)性能有直接的影響。列車高速運(yùn)行時(shí)，傳動(dòng)齒輪箱的工作條件非常惡劣，根據(jù)日本的研究，以 350km/h速度運(yùn)行的新干線高速列車齒輪箱的油溫可能達(dá)到150攝氏度，在驅(qū)動(dòng)軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，齒輪油的工作條件，無(wú)論是熱負(fù)荷還是機(jī)械負(fù)荷都十分惡 劣，尤其是在酷熱的環(huán)境下，油溫上升會(huì)加速齒輪油的老化，粘度降低導(dǎo)致潤(rùn)滑 不良，傳動(dòng)齒輪和齒輪箱軸承遭受酸性腐蝕，降低承載能力，從而使?fàn)恳X輪和 齒輪箱軸承可能受到損壞。對(duì)于高速列車而言，平衡溫度直接影響到齒輪箱的使 用性能，溫度過高，可能導(dǎo)致齒輪箱的密封失效，并對(duì)齒輪

16、和軸承的潤(rùn)滑造成不 利影響，引起齒輪箱壽命降低甚至無(wú)法使用。齒輪箱的熱平衡溫度是指在一定運(yùn)行工況下， 齒輪箱內(nèi)由于摩擦等原因產(chǎn)生 的熱量與通過機(jī)體及機(jī)油等散發(fā)的熱量達(dá)到平衡后，齒輪箱的穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。因此, 研究齒輪箱內(nèi)能量損失的種類及傳熱途徑， 定量評(píng)估各種損失在齒輪箱熱損失中 © 1 *>4-2012 Chirui Academic Journal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章 緒論的比例，在此基礎(chǔ)上建立齒輪箱的熱分析模型，仿真計(jì)

17、算齒輪箱的平衡溫度場(chǎng)， 對(duì)研究高速列車傳動(dòng)齒輪箱的發(fā)熱機(jī)理和改善其傳熱條件，具有重要意義。齒輪箱內(nèi)的能量損失分為兩類：（1）與負(fù)荷無(wú)關(guān)的損失，包括風(fēng)阻損失、攪 油損失、軸承攪油損失和密封損失；（2）與負(fù)荷有關(guān)的滑動(dòng)摩擦損失，包括滾動(dòng) 摩擦損失和軸承損失。對(duì)高速列車而言，與負(fù)荷無(wú)關(guān)的風(fēng)阻損失和攪油損失顯得 比較突出。齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力作用，潤(rùn)滑油以小油滴形式被甩到齒輪的齒 上，且該潤(rùn)滑油霧在齒輪箱內(nèi)懸浮，形成風(fēng)阻損失。影響風(fēng)阻損失大小的因素包 括齒輪的旋轉(zhuǎn)速度、齒的模數(shù)、齒輪箱內(nèi)的油霧量和齒輪直徑，其中，齒輪速度 增加，齒輪圓周速度增大，功率損失增加。齒輪攪動(dòng)潤(rùn)滑油和齒輪嚙合引起的損 失為攪

18、油損失，其影響因素包括潤(rùn)滑油的粘度、操作溫度、齒輪的圓周速度、齒 的模數(shù)、螺旋角以及齒輪的浸油深度。所有與潤(rùn)滑油直接接觸的旋轉(zhuǎn)部件都會(huì)產(chǎn) 生攪油損失，浸潤(rùn)越深，損失越大。齒輪箱的熱平衡分析可以采用試驗(yàn)法和計(jì)算法。目前由于熱平衡分析的計(jì)算難于達(dá)到滿意的效果，采用試驗(yàn)方法進(jìn)行分析的很多。關(guān)于高速列車齒輪箱的熱 分析研究，國(guó)外這方面的研究報(bào)道較多，但由于技術(shù)保密等原因，可查到的確切 資料非常有限，高速列車齒輪箱內(nèi)熱分析研究在國(guó)內(nèi)尚屬空白。本項(xiàng)目在此研究背景下，研究齒輪箱內(nèi)能量損失的種類及傳熱途徑，定量評(píng)估高速列車各種損失在齒輪箱熱損失中的比例， 在此基礎(chǔ)上建立齒輪箱的熱分析 模型，仿真計(jì)算齒輪箱的平

19、衡溫度場(chǎng)，研究其結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件對(duì)齒輪箱平衡溫度 場(chǎng)的影響，提出齒輪箱在結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過程中減小損失增強(qiáng)散熱的優(yōu)化原則。1.2 課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前齒輪箱熱分析方法主要有熱網(wǎng)絡(luò)法234和計(jì)算傳熱學(xué)的方法（有限元 或有限差分法）0采用集總參數(shù)法的熱網(wǎng)絡(luò)法適用于固體內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻遠(yuǎn)小于其表面的對(duì) 流換熱熱阻時(shí)，固體內(nèi)部的溫度趨于一致，以致可認(rèn)為整個(gè)固體在同一瞬間均處 于同一溫度的情況。采用集總參數(shù)法解決傳熱問題，畢渥數(shù)（Bi）必須滿足Bi.vO.1M，其中M是與物體幾何形狀有關(guān)的無(wú)量綱數(shù)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，熱網(wǎng)絡(luò)法 需考慮整個(gè)設(shè)備中每個(gè)部分產(chǎn)生的熱效應(yīng)，用一定的熱阻來代替齒輪箱中每一個(gè)部分，網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)

20、應(yīng)一個(gè)溫度值，根據(jù)Kirchhoff能量平衡原理，流入某2一節(jié)點(diǎn)的熱流量應(yīng)當(dāng)?shù)扔诹鞒鲈摴?jié)點(diǎn)的熱流量，按照該原理就這些節(jié)點(diǎn)建立一系列的熱平衡方程，通過方程組的聯(lián)立求解得出齒輪箱各處的溫度分布及平衡溫 度。這種方法簡(jiǎn)單，求解速度快，但求解精度有限。計(jì)算傳熱學(xué)的方法，以齒輪箱整體為研究對(duì)象，建立其能量平衡方程，計(jì)算 齒輪的各種損失作為能量方程的源項(xiàng)，根據(jù)所采用的求解方法（有限元或有限差分法），對(duì)方程在計(jì)算區(qū)域進(jìn)行離散，并聯(lián)立求解，從而求得齒輪箱的整體溫度 分布。采用計(jì)算傳熱學(xué)的方法能夠更為準(zhǔn)確地模擬齒輪箱在各種運(yùn)行條件下的溫 度場(chǎng)，對(duì)齒輪箱整體平衡溫度的把握更為準(zhǔn)確，能夠較準(zhǔn)確地進(jìn)行齒輪箱的結(jié)構(gòu)參數(shù)

21、、油池深度與運(yùn)行參數(shù)等的優(yōu)化匹配。 使用該方法計(jì)算過程中的前處理比較 復(fù)雜，網(wǎng)格生成與計(jì)算量都較大，對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求較高。本研究采用計(jì)算傳 熱學(xué)的方法對(duì)高速列車減速器齒輪箱進(jìn)行傳熱分析。由于傳動(dòng)齒輪本體溫度場(chǎng)對(duì)傳動(dòng)齒輪甚至整個(gè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的工作性能、抗膠合能力、熱變形造成的熱應(yīng)力以及由熱變形引起的傳動(dòng)問題、間隙消除問題等有著不可忽略的影響。長(zhǎng)期以來國(guó)內(nèi)外的許多專家和工程技術(shù)人員對(duì)傳動(dòng)齒輪本 體溫度場(chǎng)研究比較重視。一百多年前，Holm和Bowden等人在Hertz關(guān)于反形表 面彈性接觸應(yīng)力理論和Osborne Rey no Ids關(guān)于共形表面動(dòng)壓潤(rùn)滑理論的基礎(chǔ)上， 研究了摩擦生成熱在接觸體之間

22、的擴(kuò)熱機(jī)理，第一次提出了本體溫度和閃溫的概念。1937年，B1ock,H.連續(xù)發(fā)表三篇論文，比較完整地論述了閃溫理論。N.Patirt'o 用有限元求得了直齒輪在熱平衡狀態(tài)下的溫度場(chǎng)分布，并討論了不同參數(shù)對(duì)本體溫度的影響。K.L. Wang對(duì)直齒輪的閃溫及本體溫度都作了比較詳細(xì)的分析及計(jì) 算。D.P.Townsand則對(duì)直齒輪平均溫度及瞬態(tài)表面溫度進(jìn)行了測(cè)定。1969年B1ock,H.又闡述了熱網(wǎng)絡(luò)法，從而把溫度場(chǎng)計(jì)算引入實(shí)際機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，并為整 個(gè)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)分析提供了一種行之有效的分析方法。熱流網(wǎng)絡(luò)法，為了預(yù)測(cè)齒輪設(shè)備每一部分的平均溫度，即考慮整個(gè)設(shè)備中每一部分所產(chǎn)生的熱效

23、 應(yīng)，在網(wǎng)絡(luò)中相應(yīng)的點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)溫度值。然而，實(shí)際齒輪設(shè)備中每一部分有自己的結(jié)構(gòu)，在他的研究中，為了獲得簡(jiǎn)單的解法用一定的熱阻來代替每一部分是十 分必要的。但是，通過這種方法得到的結(jié)果是不精確的。而且，在浸油冷卻中， 油池中的溫升沒有考慮。熱流網(wǎng)絡(luò)法的提出又被廣泛應(yīng)用于研究軸承的溫度場(chǎng) 1 *>94-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights 上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章 緒論中。日本的一些學(xué)者對(duì)減速器達(dá)到熱平衡時(shí)內(nèi)部各部分溫度有一些研究，Yoshioterauch用試

24、驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算無(wú)負(fù)載時(shí)的油溫升，齒輪箱的散熱系數(shù)和負(fù)載狀態(tài)下齒 輪本體溫度和油溫升。在齒輪箱的散熱系數(shù)計(jì)算中將齒輪箱分為四部分，由箱體頂、潤(rùn)滑油上下的箱體壁和箱體底的散熱系數(shù)組成，總散熱系數(shù)為這四部分散熱 系數(shù)的面積加權(quán)平均。針對(duì)每一部分散熱系數(shù)又由箱體內(nèi)外散熱系數(shù)和箱體材料 的導(dǎo)熱系數(shù)通過一定的計(jì)算得到，同時(shí)認(rèn)為箱體內(nèi)潤(rùn)滑油上下的箱體壁和箱體底 部的潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)相似，從而推測(cè)各個(gè)部分散熱系數(shù)相同，通過試驗(yàn)得出齒輪箱散 熱系數(shù)隨著齒輪轉(zhuǎn)速的增加而增加的結(jié)論。德國(guó)和日本學(xué)者研究箱體外的對(duì)流換 熱系數(shù)時(shí)，認(rèn)為齒輪箱外存在對(duì)流和輻射，對(duì)流的換熱系數(shù)和輻射的換熱系數(shù)構(gòu) 成總的換熱系數(shù)，并給出大致范圍。散熱系

25、數(shù)分為導(dǎo)熱系數(shù)和對(duì)流換熱系數(shù)。對(duì) 于導(dǎo)熱系數(shù)的研究，目前已經(jīng)比較成熟。各種物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)一般都是用不同的 實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，這些實(shí)驗(yàn)方法大多是根據(jù)導(dǎo)熱系數(shù)的定義式，建立在測(cè)量所研究物質(zhì)的熱流和溫度梯度的基礎(chǔ)上。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，純金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，氣體 和蒸氣的導(dǎo)熱系數(shù)最小。導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度，壓力，材料的性質(zhì)而變化，可從相關(guān) 手冊(cè)中查到。對(duì)流換熱系數(shù)的經(jīng)典研究，通常分為四種情況：?jiǎn)蜗嗔黧w對(duì)流換熱， 外掠物體對(duì)流換熱，自然對(duì)流換熱和高速對(duì)流換熱。 對(duì)于這四種典型對(duì)流換熱都 有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式，它們與對(duì)流換熱的類型和流態(tài)一一對(duì)應(yīng)。對(duì)流換熱現(xiàn)象涉 及流體運(yùn)動(dòng)和換熱兩個(gè)方面，可以用一組微分方程來描述。這些方

26、程包括換熱微 分方程、能量微分方程、動(dòng)量微分方程和連續(xù)性微分方程。理論上講，對(duì)流換熱 系數(shù)的具體表達(dá)式可以通過這一組微分方程求得，但實(shí)際上，由于換熱現(xiàn)象及其偏微分方程組的復(fù)雜性，以及對(duì)流換熱系數(shù)與流體的性質(zhì)、流動(dòng)狀態(tài)和流道的幾 何形狀及尺寸密切相關(guān)，對(duì)于復(fù)雜形狀的模型往往難以采用數(shù)學(xué)解析方法進(jìn)行因 次分析，歸納成若干準(zhǔn)數(shù)，并通過傳熱實(shí)驗(yàn)求出半理論、半經(jīng)驗(yàn)的準(zhǔn)則方程式。 故存在的問題是具體的數(shù)學(xué)模型比經(jīng)典的復(fù)雜程度要大的多，不同的外形、邊界條件、介質(zhì)等將影響結(jié)論的正確性。因此，就目前情況看，對(duì)減速器熱平衡溫度 場(chǎng)的研究還比較少。減速器熱平衡溫度場(chǎng)受結(jié)構(gòu)，散熱系數(shù)等多種因素影響，目 前還停留在試驗(yàn)

27、階段，雖有個(gè)別文獻(xiàn)嘗試從理論上探討， 但至今仍未見有減速器 散熱系數(shù)和溫度場(chǎng)理論報(bào)告問世。© 4 *>4-2012 Chirui Academic Journal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第一章 緒論1.3 研究對(duì)象與研究?jī)?nèi)容本文的研究對(duì)象為時(shí)速300km/h高速電動(dòng)車組傳動(dòng)齒輪箱。該齒輪箱安裝于300km/h高速電動(dòng)車組動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，用于將電動(dòng)機(jī)扭矩傳遞到列車輪對(duì)，并實(shí) 現(xiàn)變速需求。該傳動(dòng)齒輪箱為一級(jí)圓柱齒輪減速齒輪箱，通過柔性聯(lián)

28、軸節(jié)與電機(jī)相連，是高速列車動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件。主要研究?jī)?nèi)容：1、齒輪箱熱損失分析，研究高速列車傳動(dòng)齒輪箱的發(fā)熱機(jī)理，分析其內(nèi)部 熱源的種類和傳熱途徑。2、齒輪箱熱損失計(jì)算，選擇合理的計(jì)算公式對(duì)齒輪箱的各項(xiàng)熱損失進(jìn)行計(jì)算分析。3、建立齒輪箱的整體熱分析模型，使用CFD軟件Flue nt對(duì)其進(jìn)行計(jì)算求解, 并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，在驗(yàn)證模型有效性的基礎(chǔ)上，分析齒輪箱的整體溫度場(chǎng) 分布規(guī)律。4、使用所建立的齒輪箱熱分析模型，模擬計(jì)算分析列車行車速度和浸油深 度對(duì)齒輪箱平衡溫度的影響，并對(duì)如何降低齒輪箱熱平衡溫度提出建議。© 11 *>4-2012 Chirui Academic J

29、ournal Ekctronic PuKlijihing House. All rights reserved, http:/'/wavi. Jidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算第二章 齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算齒輪箱內(nèi)熱源的產(chǎn)生來自各種摩擦損失，可分成與速度有關(guān)的損失以及與負(fù) 荷有關(guān)的損失兩類。與速度有關(guān)的損失有風(fēng)阻損失，攪油損失，軸承攪油損失和 密封損失。與負(fù)荷有關(guān)的損失包括滑動(dòng)摩擦損失，滾動(dòng)摩擦損失和軸承損失。所 有這些損失都轉(zhuǎn)變成熱能，通過環(huán)境與潤(rùn)滑油的作用，共同決定了齒輪箱各部件 以及潤(rùn)滑油的溫度。齒輪箱內(nèi)由于摩擦損失產(chǎn)生的熱能從內(nèi)向外傳遞，在

30、內(nèi)部運(yùn)行與散熱狀況不變的條件下，齒輪箱運(yùn)行一段時(shí)間后就能達(dá)到熱平衡狀態(tài)。齒輪箱內(nèi)摩擦損失產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射進(jìn)行傳遞，例如，齒輪 嚙合摩擦、軸承摩擦產(chǎn)生熱量，在油池內(nèi)，熱量主要以對(duì)流的方式傳遞給齒輪油， 并與軸及齒輪的導(dǎo)熱量一道傳遞給齒輪箱壁面，進(jìn)一步以對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射的方 式將傳遞給周圍空氣和齒輪箱底座。齒輪箱的外部，主要靠機(jī)車高速運(yùn)行時(shí)的強(qiáng)風(fēng)或?qū)嶒?yàn)條件下風(fēng)扇吹風(fēng)進(jìn)行強(qiáng) 制冷卻，即大部分熱量是通過傳動(dòng)箱表面的裸露部分與流動(dòng)空氣之間的強(qiáng)迫對(duì)流 換熱散失；另一部分熱量是箱體通過與車體固定架或連接裝置的傳導(dǎo)散熱來完 成。由于傳動(dòng)箱中的溫度相對(duì)較低，輻射熱很小，可以忽略不計(jì)。所以傳動(dòng)箱體

31、的外部散熱主要有兩種形式，傳導(dǎo)散熱和對(duì)流散熱。定性分析表明，熱源生成處的局部溫度最高，因此與齒輪直接接觸部分的油 溫應(yīng)該是最高的，而齒輪箱壁面由于材料的導(dǎo)熱系數(shù)大，且離熱源產(chǎn)生處較遠(yuǎn)， 溫度分布應(yīng)該相對(duì)比較均勻，溫度梯度較小。文獻(xiàn)中關(guān)于齒輪箱各種摩擦損失的計(jì)算方法較多， 一般采用半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行 計(jì)算，但對(duì)各種計(jì)算方法的適用范圍和優(yōu)缺點(diǎn)缺乏比較。本章首先介紹了研究對(duì)象的基本情況，然后對(duì)齒輪箱內(nèi)各種熱功率損失的計(jì) 算方法進(jìn)行了分析評(píng)估，選擇合適的計(jì)算方法對(duì)研究對(duì)象的各項(xiàng)損失進(jìn)行計(jì)算分 析，定量評(píng)估了高速列車各種損失在齒輪箱熱損失中的比例，這是齒輪箱內(nèi)減損優(yōu)化的依據(jù)，并為齒輪箱平衡溫度的計(jì)算準(zhǔn)備源項(xiàng)

32、。2.1齒輪箱主要技術(shù)參數(shù)本文的研究對(duì)象為時(shí)速300km/h高速電動(dòng)車組傳動(dòng)齒輪箱。該齒輪箱安裝于6300km/h高速電動(dòng)車組動(dòng)車轉(zhuǎn)向架上，用于將電動(dòng)機(jī)扭矩傳遞到列車輪對(duì)，并實(shí) 現(xiàn)變速需求。該傳動(dòng)齒輪箱為一級(jí)圓柱齒輪減速齒輪箱，通過柔性聯(lián)軸節(jié)與電機(jī)相連，是高速列車動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵部件。齒輪箱采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，采用飛濺 潤(rùn)滑方式潤(rùn)滑軸承和齒輪，采用迷宮密封技術(shù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸的密封。由于采用斜齒 輪傳動(dòng)，軸承選用可以承受軸向力的圓錐滾子軸承，安裝方式為面對(duì)面方式。傳動(dòng)齒輪箱的主要技術(shù)參數(shù)如表2-1。表2-1傳動(dòng)齒輪箱的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)名稱數(shù)值牽引電動(dòng)機(jī)持續(xù)功率400 kW牽引電動(dòng)機(jī)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩1650

33、 N.m列車取咼運(yùn)營(yíng)速度300 km/h列車最高試驗(yàn)速度350 km/h牽引電動(dòng)機(jī)恒功轉(zhuǎn)速范圍23626102 r/mi n牽引電動(dòng)機(jī)最咼轉(zhuǎn)速6102 r/mi n機(jī)車恒功速度范圍136350 km/h車輪直徑（半磨耗）915/860 mm齒輪中心距358 mm齒輪傳動(dòng)比61/21=2.90476本齒輪箱中齒輪嚙合參數(shù)及主要幾何尺寸見表2-2。表2-2齒輪嚙合參數(shù)及主要幾何尺寸名稱數(shù)值法向模數(shù)8齒數(shù)61/21齒形角250螺旋角200變位系數(shù)0.418/0.756齒寬70(mm)齒頂咼系數(shù)1.0頂隙系數(shù)0.357重合度系數(shù)2.182齒輪副中心距358(mm)精度等級(jí)6級(jí)齒頂圓直徑546.5/20

34、0.6 (mm)分度圓直徑519.32/178.78 (mm)齒根圓直徑509.81/163.87 (mm)2.2齒輪箱各種熱功率損失的計(jì)算方法2.2.1風(fēng)阻損失計(jì)算與分析這里將風(fēng)阻損失定義為小齒輪與大齒輪在齒輪箱油氣空間中旋轉(zhuǎn)的能量損失，不包括攪油損失（攪油損失定義為齒輪與油池內(nèi)的油接觸，油被甩出導(dǎo)致的 損失）。齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力作用，潤(rùn)滑油以小油滴形式甩到齒輪的齒上， 這些潤(rùn)滑油霧在齒輪箱內(nèi)懸浮，導(dǎo)致齒輪的風(fēng)阻損失增大，即齒輪箱功耗增加； 齒輪嚙合時(shí)油霧從齒空間排出，在齒輪箱內(nèi)產(chǎn)生湍流，增加功耗；齒輪側(cè)面存在 摩擦損失；這些因素組成了總的風(fēng)阻摩擦損失。影響風(fēng)阻損失大小的因素包括齒輪的旋

35、轉(zhuǎn)速度、齒的模數(shù)、齒輪箱內(nèi)油霧的 量和齒輪的直徑，其中，齒輪速度增加，齒輪圓周速度增大，功率損失增加。在 低速下，齒輪風(fēng)阻損失在齒輪總損失中占較小的比例，可以忽略不計(jì)，但當(dāng)速度較大時(shí)則不能忽略。下面介紹兩種代表性的風(fēng)阻損失的計(jì)算方法。（1）Anderson 法An derson根據(jù)透平轉(zhuǎn)子風(fēng)阻損失的研究結(jié)果提出了預(yù)測(cè)風(fēng)阻損失的數(shù)學(xué)模型，但他的風(fēng)阻損失方程沒有考慮齒輪齒的模數(shù)和螺旋角。根據(jù)對(duì)透平轉(zhuǎn)輪作功的研究，An derson法計(jì)算風(fēng)阻損失的表達(dá)式可寫為：?t ?0.2/、Pw = C?1 + 2.3? p n R 口（2.1 ）?R ?其中，Pw：風(fēng)阻損失；C:比例常數(shù)，C

36、= 2.04X10-8 （國(guó)際單位制）；t:齒輪寬度，單位m R：齒輪節(jié)圓半徑，單位 m n：轉(zhuǎn)速，單位r/min ； p :齒輪箱 油氣空間內(nèi)油氣混合物的密度；卩：齒輪箱油氣空間內(nèi)油氣混合物的粘度。大齒輪與小齒輪的風(fēng)阻損失分別為：8© 1 *>4-2012 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/'/ki.iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算?Pw,g =C?1 + 2.3np叫8.agt R206&

37、PR82PnO?tPw,p=C?1+2.3 -?Rg下標(biāo)g(gear)代表大齒輪，下標(biāo) p(pinion )代表小齒輪。其中，齒輪箱油氣空間內(nèi)油氣混合物的物性計(jì)算，采用文獻(xiàn)9中模擬直升 機(jī)齒輪箱內(nèi)典型環(huán)境下等效油氣混合物的物性。假定環(huán)境與大多數(shù)噴油潤(rùn)滑齒輪箱內(nèi)的情況相似，采用標(biāo)準(zhǔn)工況下氣與油混合比取值34.25:1 (油氣比大約為3%，在該等效密度下進(jìn)行了風(fēng)阻損失的計(jì)算， 密度與粘度的計(jì)算公式如下：_ (1) p+ (34.25) Pairpeq =35.25(2.4)_ (1)卩+ (34.25) PairMeq -35.25(2.5)其中，除了油的粘度所有的量假設(shè)為常數(shù)。按照本方法的計(jì)算結(jié)

38、果及分析在本節(jié)后面介紹。(2) Townsend 法Townsenc給出計(jì)算風(fēng)阻損失的詳細(xì)公式10，其中包括油氣混合物函數(shù)和齒 輪箱空間函數(shù)，公式如下：Pw =n2.9 (0.16?df3.9 +df2.9 ?b0.75 ?m1.15)10-20 ?k(2.6)其中，©：油氣混合函數(shù)，指示了齒輪箱內(nèi)空氣的狀態(tài)和類型；© = 1為無(wú)油空間；入：齒輪箱空間函數(shù)，對(duì)自由空間設(shè)為1,對(duì)緊密空間，即齒輪周圍安裝了柵板和蓋板，入減為0.5 ; n:大齒輪或小齒輪的轉(zhuǎn)速；df :大齒輪或小齒輪 的齒根圓直徑；m:齒輪的模數(shù)；Pw :大齒輪或小齒輪的風(fēng)阻損失。總風(fēng)阻損失為大齒輪與小齒輪的風(fēng)

39、阻損失的和。本研究對(duì)兩種風(fēng)阻損失進(jìn)行了計(jì)算分析。兩種計(jì)算方法中都考慮油氣空間物 性參數(shù)，在Anderson法中，反映在油氣混合物密度與粘度的設(shè)置上，在Townsend法中，油氣混合函數(shù)©反映了油氣空間參數(shù)的特性。其中，油氣空間的油氣混合9物的比例是問題的關(guān)鍵，該值與齒輪的旋轉(zhuǎn)線速度有關(guān)。在Anderson法中所需的齒輪箱油氣空間內(nèi)油氣混合物的熱物性見齒輪箱熱物性一節(jié)，使用Townsend 法時(shí)，我們米用 e=1- factor xVoloi,。(3) 風(fēng)阻損失計(jì)算方法的比較從公式2.2、2.3可以看出，齒輪節(jié)圓半徑，轉(zhuǎn)速，齒寬都和風(fēng)阻損失有關(guān)， 且都成正比，其中，轉(zhuǎn)速是齒輪設(shè)計(jì)的輸入

40、參數(shù)，齒寬和齒輪強(qiáng)度之間存在相互 制約的關(guān)系，可見在影響風(fēng)阻損失的變量中，縮小節(jié)圓直徑對(duì)降低風(fēng)阻損失很有 好處，所以設(shè)計(jì)齒輪箱時(shí)盡量小型化是降低風(fēng)阻損失的最有效方法。不同轉(zhuǎn)速下兩種風(fēng)阻損失的計(jì)算結(jié)果見圖2-1小齒輪轉(zhuǎn)速 n (r/min )(a)風(fēng)阻損失隨小齒輪轉(zhuǎn)速的計(jì)算曲線(b)風(fēng)阻損失隨齒輪線速度的計(jì)算曲線圖2-1兩種方法風(fēng)阻損失計(jì)算結(jié)果比較Fig.2-1 The calculati ng comparis on of the win dage loss by two differe nt methods可見，采用兩種方法計(jì)算風(fēng)阻損失，結(jié)果相差不大。相比較而言，An derson法的理論依

41、據(jù)更為充分，且使用過程中，參量的設(shè) 定更為明確，而Townsend法中油氣混合函數(shù)和齒輪箱空間函數(shù)的設(shè)定在理論上 沒有非常明確的依據(jù)，故本研究中，計(jì)算風(fēng)阻損失將采用 An derson法。(4) 各種因素對(duì)風(fēng)阻損失的影響計(jì)算分析圖2-2為采用Anderson法計(jì)算得到的大小齒輪在不同轉(zhuǎn)速或線速度下風(fēng)阻 損失計(jì)算結(jié)果比較圖，其相關(guān)的數(shù)據(jù)見表2-3。10© 1 *>4-2012 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/'/ki.iidt上海交通大

42、學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算98765432失損阻風(fēng) Windageloss_gearI Windageloss_pinion 一 一 Total windageloss失損阻風(fēng)0-1-22000250030003500400045005000550060006500098 76 54 3 2 1M Wingageloss_gear Windageloss_pinion -Total windageloss20304050小齒輪轉(zhuǎn)速n (r/min)(a)不同轉(zhuǎn)速下大小齒輪風(fēng)阻損失的計(jì)算曲線-1-260齒輪線速度Vt (m/s )(b)不同線速度下大小齒輪風(fēng)阻損失的計(jì)算曲

43、線圖2-2大小齒輪在不同轉(zhuǎn)速或線速度下風(fēng)阻損失的計(jì)算曲線Fig .2-2 The calculating curve of the windage loss of the gear and pinion with speeds表2-3大小齒輪在不同轉(zhuǎn)速或線速度下風(fēng)阻損失計(jì)算數(shù)據(jù)表轉(zhuǎn)速線速度大齒輪風(fēng)阻小齒輪風(fēng)阻總風(fēng)阻(r/mi n)(m/s)損失(kW)損失(kW)損失(kW)250023.4020.03774 0.00957 0.04731270025.2740.04863 0.01233 0.06096290027.1470.06181 0.01563 0.07749310029.0190.

44、07761 0.01963 0.0973330030.8910.09638 0.02444 0.12082350032.7630.11847 0.03004 06350.14426 0.03659 05080.17414 0.04417 0.21831410038.380.20853 0.05289 0.26141430040.2520.24781 0.06285 0.31066450042.1240.29239 0.07415 0.366554700 43.996 0.342660.08690.42956490045.8680.39899

45、0.10119 0.5001811© 1*4-2012 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, blip:avA*nkitiidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算5100 47.741 0.461720.11710.57882530049.6130.53119 0.13472 0.665915500 51.485 0.60770.154120.76182570053.3570.69151 0.17538 0.86689590055.2290.78289

46、 0.19855 0.98145610057.1010.88208 0.22371 1.1058從以上圖表可以看出，小齒輪風(fēng)阻損失在整個(gè)風(fēng)阻損失中所占比例較小，大齒輪風(fēng)阻損失占主要部分，在低速階段風(fēng)阻損失值較小，但在高速運(yùn)行情況下， 風(fēng)阻損失增加較快，是高速齒輪箱設(shè)計(jì)必須考慮的問題。 影響風(fēng)阻損失大小的因 素包括齒輪的旋轉(zhuǎn)速度、齒的模數(shù)、齒寬、齒輪箱內(nèi)油霧的量和齒輪的直徑，齒 輪的安裝空間狀態(tài)，從計(jì)算公式中可以看出，齒輪模數(shù)越大，風(fēng)阻損失越大，齒 輪的旋轉(zhuǎn)速度越高，風(fēng)阻損失越大，齒輪的齒根圓直徑越大，齒輪的風(fēng)阻損失越 大，齒輪箱內(nèi)油霧越濃，損失越大，齒輪空間比較緊密，損失較小，從影響因素 的指

47、數(shù)關(guān)系來看，從大到小的因素依次是齒根圓直徑、轉(zhuǎn)速、模數(shù)、齒輪箱內(nèi)油 霧、齒輪安裝空間，影響最小的是齒寬。從以上分析可知，減小齒輪的模數(shù)和直徑對(duì)減小風(fēng)阻損失很有效，進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)是有效手段，齒輪箱潤(rùn)滑油量不宜過多，安裝空間應(yīng)比較緊湊。222攪油損失分析計(jì)算Yasutsu ne11等人采用閃光測(cè)頻器對(duì)潤(rùn)滑油攪油損失的機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn) 為潤(rùn)滑油的攪油損失包括以下幾個(gè)組成部分：（1）用于加速齒空間潤(rùn)滑油的功 率損失；（2）用于捕獲嚙合齒之間的潤(rùn)滑油并使之變形的功率損失；（3）用于噴 濺油池中潤(rùn)滑油的功率損失；（4）當(dāng)油流進(jìn)入齒嚙合區(qū)域，用于彎曲油流而產(chǎn)生 功率損失；（5）齒輪旋轉(zhuǎn)引起的風(fēng)阻損失。應(yīng)注

48、意到，Yasutsune 把風(fēng)阻損失歸 到了攪油損失中。Townsend°把齒輪攪動(dòng)齒輪箱內(nèi)潤(rùn)滑油和齒輪嚙合處潤(rùn)滑油的夾帶損失定 義為攪油損失，與斜齒輪相比，它更適用于直齒輪。影響攪油損失的因素包括油 的粘度（阻止齒輪的運(yùn)動(dòng)），圓周速度，操作溫度，齒的模數(shù)，螺旋角，齒輪的 浸油深度。所有與潤(rùn)滑油直接接觸的旋轉(zhuǎn)部件即浸在油里的部件都會(huì)產(chǎn)生攪油損 失，浸潤(rùn)越深，損失越大。對(duì)具有較大螺旋角的齒輪，潤(rùn)滑油沿整個(gè)齒面寬度滑12過而不是排出，功率損失較小。以下介紹幾種攪油損失的計(jì)算方法。（1）ISO/TR14179 方法12英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS ISO/TR14179第一部分給出了攪油損失的計(jì)算公式，它

49、考慮了 潤(rùn)滑油粘度，元件直徑，齒輪浸潤(rùn)系數(shù)和排布系數(shù)的影響， 這些攪油損失表達(dá)式 可分為三個(gè)不同部分：7.37 fg ?/?n3?D4'7 ?L(2.7)與光軸外徑有關(guān)的攪油損失（如軸）Ag ?1026與盤光面有關(guān)的攪油損失（包括齒輪的兩側(cè)面）PGWi35 71.474 fg ?V?n3?DAg?1026(2.8)© 1 *>4-2012 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/'/ki.iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪

50、箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算© 1 *>4-2012 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/'/ki.iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算與齒面有關(guān)的攪油損失（如大齒輪與小齒輪的外徑）? R ?(2.9)7.37 fg ?v?n3?D4'7 ?F ? ,?佃n( B) ?Ag ?1026求得減速器中每個(gè)元件的攪油損失后，把它們累加起來可得總攪油損失。（由于軸承沒有浸油，故不計(jì)其攪油損失。）上述公式符號(hào)意義為

51、：Rwg :單個(gè)部件 功率損失，單位kV； fg :齒輪浸潤(rùn)因子，元件全浸沒時(shí)，fg=1; D :部件的外 部直徑，單位mm Ag :配置常數(shù)，A =0.2 ; F :齒面寬度，單位 mm L :部 件長(zhǎng)度，單位mmB :螺旋角，當(dāng)螺旋角小于10°時(shí)，公式2.9中使用10° Rf :齒面粗糙度因子；V：運(yùn)行溫度時(shí)潤(rùn)滑油的運(yùn)動(dòng)粘度，單位 cSt; n：旋 轉(zhuǎn)速度，單位r/mi n。13© 1 *>4-2012 China Academic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,htt

52、p:/'/ki.iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算RroLcfir sseDnaMUOT ecrAverage surface roughness R maxm ( um)O908 70 0圖2-3齒輪表面粗糙度與粗度因子關(guān)系Fig.2-3 The relati on betwee n gear surface rough ness and surface rough ness factor其中，齒面粗糙度因子根據(jù)大小齒輪的最大平均粗糙度Rmaxm查圖2-3獲得，平均粗糙度根據(jù)大小齒輪表面最大粗糙度（Rmax1和R,ax2）與中心距離a計(jì)R

53、maxm算得到:(2.10 )R.J.Boness 方法 冋R.J.Boness對(duì)部分浸潤(rùn)在不同流體中的圓盤和齒輪在各種條件下進(jìn)行摩擦扭矩測(cè)量，并根據(jù)雷諾數(shù)Re劃分的三個(gè)不同流動(dòng)區(qū)域定義無(wú)量綱摩擦動(dòng)量系數(shù) 來計(jì)算攪油損失摩擦力矩。公式推導(dǎo)如下：攪油摩擦損失可由攪油摩擦力矩與角速度乘積計(jì)算得到:(2.11)齒輪的攪油摩擦力矩可用無(wú)量綱的動(dòng)量系數(shù)表示:Cm =2Mp 32 R3A(2.12 )R.J.B on ess由根據(jù)雷諾數(shù)Re劃分的三個(gè)不同流動(dòng)區(qū)域定義無(wú)量綱摩擦動(dòng)量系數(shù)來計(jì)算攪油損失摩擦力矩，動(dòng)量系數(shù) Cm是雷諾數(shù)的函數(shù)，有:14© 1 *>4-2012 China Acad

54、emic Journal Electronic Publijihing House. All rights reserved,http:/'/ki.iidt上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第二章齒輪箱內(nèi)各種損失分析與計(jì)算20Re<2000層流時(shí)，Cm=-Re2000<Re<10000± 渡層時(shí),Cm =8.6 xiO-4Re1/3Re>10000紊 流時(shí),_ 5 X108 Cm=育雷諾數(shù)的定義為Re =V上述公式僅適用于浸油深度不超過d/R=0.9的情形(2.13 )(2.14)(2.15)(2.16 )其中，式2.112.16中符號(hào)含義及相關(guān)

55、計(jì)算如下：M攪油摩擦力矩；3：角速度，3 = X2 n; np :小齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，r/min ;p:潤(rùn)滑油密度；R :60 p1齒輪節(jié)圓半徑，R = -D ; D:齒輪節(jié)圓直徑；A:總浸潤(rùn)面積，A=A1+A2+A3A1:浸潤(rùn)圓盤側(cè)面面積（包含兩面），A=R2（0-sin。）； A2:浸潤(rùn)圓盤邊面面積，A = R盯；N:齒輪齒數(shù)；A3:浸潤(rùn)齒面積，A5=2Ns? h ?t ; Ns：浸潤(rùn)圓盤cos©齒數(shù)，Ns = ON 2n ； ©:壓力角；h :齒高；t :齒面寬度；L:浸潤(rùn)圓弧對(duì)應(yīng)e=2cos-1(1-R) rad ；的弦長(zhǎng)，L = 2Rsin（O 2） ； O:浸潤(rùn)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角, d :齒輪浸潤(rùn)深度；V：潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度。圖2-4為圓盤浸潤(rùn)面積的定義圖厠盤半徑屁潤(rùn)艦所 對(duì)應(yīng)的園IMS?度浸潤(rùn)弧 對(duì)應(yīng)的雇潤(rùn)圓益?zhèn)让娣e弧任圖2-4 圓盤浸潤(rùn)面積Fig.2-4 The sketch of disc immers ing area15P Luke和A V Olver網(wǎng)對(duì)上述R.J.Boness提出的攪油損失計(jì)算方法通過實(shí)驗(yàn)和分析對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中并沒有出現(xiàn) Boness的三個(gè)區(qū)域，且使用其 方法預(yù)測(cè)齒輪的攪油損失存在很大的偏差。 他們使用自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果擬合攪油動(dòng) 量系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系有：CM =(5.34X104) X