汽车主减速器齿轮搅油功率损失研究及优化设计

摘要

主减速器作为汽车动力传递系统的关键部件，其传动效率的高低将直接影响整车的燃油经济性。主减速器在工作过程中，产生功率损失的因素主要包括齿轮的啮合损失、轴承摩擦损失以及旋转部件的搅油损失。一般来说，在齿轮传动系统中，齿轮啮合损失是造成功率损失的主要原因，但当系统处于低负载高转速的运转状态时，齿轮搅油损失便有可能占据主导地位。因此，本文以后驱车主减速器为研究对象，研究其被动锥齿轮在运转过程中的搅油功率损失，分析被动锥齿轮搅油损失与各影响因素之间的关系以及搅油过程中的阻力构成，并对主减速器的相关结构及润滑油油路进行优化，从而降低搅油损失，提高传动效率。研究过程如下： 首先，对比分析历年来关于齿轮搅油损失的经典计算模型，选取其中较为准确的模型，分析其不足之处，针对这些不足进行相应的修正，提出了考虑温度影响的计算模型，并通过仿真分析和实验分析验证修正计算模型的正确性； 其次，建立汽车后桥的三维模型以及主减速器被动锥齿轮搅油的流体仿真模型，基于FLUENT中的动网格技术和VOF两相流模型进行流体仿真分析，得到不同温度、不同转速以及不同浸油深度下被动锥齿轮搅油的速度场、压力场，并由此分析齿轮搅油功率损失与各影响因素之间的关系，验证修正模型的正确性； 再次，研究主减速器被动锥齿轮搅油流场分布，分析其搅油过程中的流体阻力构成，对使润滑油产生紊流的结构进行优化设计以减小流体阻力，并对优化后的结构进行理论校核以及仿真校核；同时根据边界层理论优化被动锥齿轮搅油油路，以再次减少搅油损失。对优化后的结构进行流体仿真分析，并与优化前流场作对比，以确定优化方案的可行性； 最后，设计台架实验，通过实验结果验证修正后的理论模型以及建立的流体仿真模型的正确性；按优化方案制造出优化样件，将螺栓连接改为激光焊接并添加挡油板，再次进行实验，对比分析优化前后的实验结果，确定优化方案的优化效果，发现可以降低约34%的主减速器搅油损失；然后，对优化前后的后桥进行油耗测试实验，结果表明整车油耗降低了0.12L/100km，即提高了整车的燃油经济性。最后对全文进行总结和展望。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 齿轮搅油损失研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.2.3 研究现状综述

1.3 课题来源与研究意义

1.3.1 课题来源

1.3.2 研究目的与意义

1.4 本文主要研究内容、创新点

1.4.1主要研究内容

1.4.2创新点

1.4.3 技术路线

1.5 本章小结

第2章 齿轮搅油损失的计算模型

2.1 主减速器传动损失分析

2.2 齿轮搅油损失计算模型

2.2.1 圆柱齿轮的搅油损失

2.2.2 螺旋齿轮的搅油损失

2.2.3 准双曲面齿轮的搅油损失

2.3 准双曲面齿轮搅油损失计算模型修正

2.4 本章小结

第3章 基于CFD的齿轮搅油流场分析

3.1 流体力学理论基础

3.1.1 流体控制方程

3.1.2 湍流模型

3.1.3 多相流模型

3.1.4 动网格模型

3.2 流场仿真模型的建立

3.2.1 几何模型的建立与简化

3.2.2 网格模型

3.2.3 边界条件和参数设置

3.2.4 求解设置

3.3 齿轮搅油流场特性分析

3.3.1 不同时刻齿轮搅油流场分布

3.3.2 不同转速下的流场分析

3.3.3 不同温度下的流场分析

3.3.4 不同搅油深度下的流场分析

3.4 齿轮搅油损失分析

3.5 本章小结

第4章 主减速器差速器壳与被动齿轮的设计优化

4.1 被动锥齿轮搅油阻力构成

4.2 优化方案

4.2.1 方案提出

4.2.2 激光焊接原理

4.2.3 激光焊接几何模型的建立

4.3 激光焊接模型的验证

4.3.1 被动锥齿轮及差速器壳受力分析

4.3.2 有限元模型的建立及静力学仿真分析

4.4 主减速器被动锥齿轮搅油油路优化

4.5 优化后齿轮搅油流场分析

4.5.1 不同转速下的流场分析

4.5.2 优化前后齿轮搅油损失对比分析

4.6 本章小结

第5章 主减速器搅油实验验证

5.1 后桥台架实验

5.1.1台架实验方法

5.1.2计算模型及仿真模型的验证

5.1.3优化方案的验证

5.2 实车油耗实验

5.2.1 油耗实验方法

5.2.2 油耗实验结果与分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究的不足与展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的学术成果