基于热流耦合的变速器温度场仿真研究

摘要

汽车变速器是汽车传动系统中最重要的部件之一，主要依靠多级齿轮的不同传动比来适应各种行驶工况。齿轮在啮合过程中产生大量的热量使得齿面温度上升。由于变速器内部结构紧凑，散热条件相对恶劣，因此对于变速器的温度场研究至关重要。
　　本研究主要内容包括：①采用解析法对斜齿轮啮合特性、齿面平均接触压力以及齿面相对滑动速度进行分析计算，推导了斜齿轮摩擦热流量的理论公式，并编制了MATLAB计算程序，为下一章热流耦合仿真模型提供了热源。②分析了齿轮箱体传热过程，建立了一对斜齿轮的热流耦合仿真分析有限元模型，同时提出了新的热源加载方法，即利用UDF定义啮合区，仅对进入啮合区域的轮齿施加热量；对比了热流耦合仿真结果与理论计算所得的齿轮齿面、端面对流换热系数，进而验证了热流耦合仿真方法的可行性；同时，仿真分析所得端面对流换热系数更加符合实际变化规律；并提取了斜齿轮温度场的分布情况，分析了其产生的原因。③以齿轮转速、齿轮转矩和浸油深度三个变量为研究对象，对齿轮温度场影响因素研究，发现在温度分布方面：齿轮转矩、转速以及浸油深度的变化均不会影响温度场在周向上的变化趋势，且齿轮上最高/低温出现位置是一致的；温度极值和平均温度的变化都是非线性的，随转矩和转速的增加，极值和平均温度均呈上升趋势，但转矩拟合曲线斜率逐渐减小，温度增速逐渐放缓，而高转速区域曲线斜率逐渐变大，温升明显；相反，浸油深度的增加会使得极值和平均温度减小，且呈幂函数形式变化，减幅明显。④以某六档变速器为研究对象，简化处理后建立了变速器热流耦合仿真分析有限元模型；与厂家实验结果进行了对比，验证了仿真结果的有效性；进而分析变速器内温度场，发现由于箱体结构不合理，使得箱体壁面局部出现高温现象且左侧齿轮润滑效果及散热能力较差等问题。⑤针对该润滑系统所存在的问题，从改善油液引导、促进油液回流和保证油液供给三个方面来优化原始箱体，并建立了改进后的热流耦合仿真有限元模型，对改进后模型进行再分析，验证了改进方案的有效性。

目录

1 绪 论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

2 斜齿轮摩擦热流量理论计算

2.1斜齿轮啮合简述

2.2齿面平均接触压力

2.3齿面相对滑动速度

2.4齿面摩擦热流量的分布

2.5本章小结

3 热流耦合飞溅润滑仿真分析

3.1数值模拟简介

3.2仿真模型建立

3.3热源加载方法

3.4仿真结果验证

3.5仿真结果分析

3.6本章小结

4 齿轮温度场影响因素研究

4.1齿轮转矩影响研究

4.2 齿轮转速影响研究

4.3浸油深度影响研究

4.4本章小结

5 某变速器热流耦合仿真分析

5.1润滑系统前处理

5.2流场仿真结果验证

5.3润滑系统温度场分析

5.4润滑系统改进

5.5本章小结

6 全文总结与展望

6.1工作总结及主要结论

6.2存在的问题及发展方向

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：