一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法与流程

本发明属于行星齿轮系统飞溅润滑传动，具体涉及一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法。

背景技术：

1、飞溅润滑状态下，行星齿轮传动系统的功率损失主要包括齿面摩擦损失、轴承内摩擦损失和搅油损失。搅油时，运动件克服润滑油流体阻力做功，一部分机械能将转化为流体动能和势能，另一部分转化成热量，从而造成能量损失。研究表明，高速工况下，搅油损失可达总传动功率损失的50％以上，高速度传动时，甚至可达到总传动功率损失的80％。此外，搅油损失对传动装置功率传递、工作稳定性和冷却性能有着重大的影响。因此，确定搅油损失计算方法，对传动系统的优化设计和节能控制有着重要的意义。

2、对不同方案的行星齿轮传动系统进行现场试验来确定搅油损失，效率低下且成本高昂，利用计算流体力学基本原理，数值模拟的方法进行研究是一个可行的方法。由于行星齿轮传动系统零部件众多、运动复杂，现有的搅油损失计算方法主要是采用经验公式，尚无成熟的数值模拟计算模型。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、本发明要解决的技术问题是：针对行星齿轮传动系统难于计算其搅油功率损失的技术难题，如何提出一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法。

3、(二)技术方案

4、为解决上述技术问题，本发明提供一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，所述方法包括以下步骤：

5、步骤1，在三维构型软件catia中建立行星齿轮传动系统的三维几何模型；

6、步骤2，对三维几何模型运用布尔运算，得到连通的油-气两相流场域；

7、步骤3，将连通的油-气两相流场域的三维几何模型导入有限元软件fluent中，并对流场域进行网格化分；

8、步骤4，在fluent软件中定义油、气及油气界面参数，划分油-气初始空间状态，定义壁面模型、层流模型及湍流模型；

9、步骤5，编写自定义函数，用于控制随时间变化的各运动件的位置和状态；

10、步骤6，编写自定义函数，用于提取各运动件表面所受到的流体的压力和粘性力；

11、步骤7，在fluent软件中，联合自定义函数，对行星齿轮传动系统油-气两相流场进行时间历程数值模拟，并计算搅油功率损失。

12、其中，所述步骤1中，在catia软件中建立行星齿轮传动系统的三维几何模型包括：太阳轮、行星轮、行星架、轴、套、轴承、箱体。

13、其中，所述步骤3中，运用10节点2次四面体单元对油-气两相流场域的三维几何模型进行网格化分，对于每一次迭代计算，使用弹性光顺法和局部网格重构法来更新网格。

14、其中，所述步骤5中，运用c语言编写自定义函数。

15、其中，所述步骤5中，运用c语言编写自定义函数，并编译成可供fluent调用的.dll格式的动态链接文件，从而实现行星齿轮传动系统的复杂运动。

16、其中，所述步骤6中，运用c语言编写自定义函数。

17、其中，所述步骤6中，所述运动件包括太阳轮、行星轮、行星架。

18、其中，所述步骤6中，在飞溅润滑过程中，包括太阳轮、行星轮、行星架在内的运动件在旋转过程中，受到的压力和粘性力，形成阻力矩，造成搅油功率损失。

19、其中，所述步骤6中，搅油功率损失计算模型如下：

20、

21、

22、其中，p为搅油功率损失，n为运动件的转速，m为阻力矩，为单位面积压力矢量，单位面积粘性力矢量，为距离矢量，s为运动件表面面积。

23、(三)有益效果

24、与现有技术相比较，本发明技术方案中，联合运用计算流体力学原理、有限元软件及c语言，对行星齿轮传动系统飞溅润滑过程的进行数值模拟，实现了行星齿轮传动系统搅油功率损失的数值计算；对行星齿轮传动系统搅油功率损失的计算结果表明，模拟结果与试验结果比较接近，证明本发明技术方案的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法具有较高的精度；计算结果可用于优化行星齿轮传动系统结构或初始加油量，降低搅油功率损失，提高传动效率；并且，本发明可以较快捷、准确地计算星齿轮传动系统搅油功率损失，适合用于产品设计或替代现场试验，能够大副缩短产品开发周期，降低开发成本。

技术特征：

1.一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤1中，在catia软件中建立行星齿轮传动系统的三维几何模型包括：太阳轮、行星轮、行星架、轴、套、轴承、箱体。

3.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤3中，运用10节点2次四面体单元对油-气两相流场域的三维几何模型进行网格化分，对于每一次迭代计算，使用弹性光顺法和局部网格重构法来更新网格。

4.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤5中，运用c语言编写自定义函数。

5.如权利要求4所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤5中，运用c语言编写自定义函数，并编译成可供fluent调用的.dll格式的动态链接文件，从而实现行星齿轮传动系统的复杂运动。

6.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤6中，运用c语言编写自定义函数。

7.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤6中，所述运动件包括太阳轮、行星轮、行星架。

8.如权利要求7所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤6中，在飞溅润滑过程中，包括太阳轮、行星轮、行星架在内的运动件在旋转过程中，受到的压力和粘性力，形成阻力矩，造成搅油功率损失。

9.如权利要求8所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述步骤6中，搅油功率损失计算模型如下：

10.如权利要求1所述的行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，其特征在于，所述方法联合运用计算流体力学原理、有限元软件及c语言，对行星齿轮传动系统飞溅润滑过程的进行数值模拟，实现了行星齿轮传动系统搅油功率损失的数值计算。

技术总结
本发明属于行星齿轮系统飞溅润滑传动技术领域，具体涉及一种行星齿轮传动系统搅油功率损失有限元计算方法，包括：建立行星齿轮传动系统的三维几何模型；得到连通的油‑气两相流场域；导入有限元软件中，并对流场域进行网格化分；在有限元软件中定义油、气及油气界面参数，划分油‑气初始空间状态，定义壁面模型、层流模型及湍流模型；编写自定义函数，用于控制随时间变化的各运动件的位置和状态；编写自定义函数，用于提取各运动件表面所受到的流体的压力和粘性力；在有限元软件中，联合自定义函数，对行星齿轮传动系统油‑气两相流场进行时间历程数值模拟，并计算搅油功率损失。所述方法实现了行星齿轮传动系统搅油功率损失的数值计算。

技术研发人员：唐沛,王乐,贾爽,张静,李新毅,周如意,邢庆坤,张鹤,尹华兵
受保护的技术使用者：中国北方车辆研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15