汽车变速器功率损失及热流场仿真研究

摘要

变速器是汽车传动系统最核心的部件之一，在运行过程中，各零部件会不可避免的相互摩擦、撞击等，消耗一部分传递功率，造成功率损失。功率损失过大，直接影响变速器的传动效率和零部件的性能、寿命。因此，研究变速器的功率损失至关重要。本文考虑变速器功率损失与热流场的耦合关系，对变速器进行有限元耦合仿真分析，主要研究内容及结论如下：　　① 分析变速器内斜齿轮滑动、滚动功率损失，轴承摩擦功率损失，齿轮搅油损失、轴承搅油损失及风阻损失，并编制程序，得到变速器功率损失计算模型。　　② 基于齿轮箱耦合机理，提出齿轮箱热流场-功率损失实时耦合求解的技术路线，建立齿轮箱有限元仿真分析模型；对比了仿真结果与理论计算的齿轮齿面、端面对流换热系数，验证仿真分析的可靠性；提出仿真计算得到搅油阻力矩的方法更为精确；针对仿真结果分析齿轮箱润滑油分布、温度场分布及功率损失情况及原因。　　③ 以转速、转矩、浸油深度为控制变量，研究齿轮箱的润滑油分布、温度场分布及功率损失情况。发现随着转速、转扭增加，齿轮箱功率损失均逐渐增涨，传动效率亦缓慢增涨；随着浸油深度增加，搅油功率损失持续增涨，而其他功率损失则小范围内波动，致使齿轮箱总功率损失增涨，传动效率一直下降。　　④ 以某三轴六档复杂变速器为研究对象，简化处理后建立变速器耦合仿真计算简化模型；结果显示，变速器搅油功率损失较大，传动效率较低。针对以上不足，提出降低油液面、差速小齿轮封闭式结构、平整化旋转件端面等改进措施，再次仿真计算。结果显示，改进后变速器的搅油功率损失大幅下降，变速器传动效率提升，验证了改进措施的有效性。

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

1.2.1 变速器功率损失国内外研究现状

1.2.2 变速器热流场仿真分析研究现状

1.3本文研究内容

2 变速器各功率损失计算

2.1负载功率损失

2.1.1 齿轮啮合功率损失

2.1.2 轴承摩擦功率损失

2.2空载功率损失

2.2.1 搅油功率损失

2.2.2 风阻功率损失

2.3本章小结

3 单级齿轮箱功率损失及热流场仿真分析

3.1数值模拟简介

3.1.1 基本控制方程

3.1.2 动网格技术

3.1.3 用户自定义函数

3.1.4 VOF模型

3.2仿真模型建立

3.2.1 齿轮箱三维模型

3.2.2 模型前处理

3.2.3 边界定义

3.3齿轮箱热流场-功率损失耦合仿真

3.4仿真结果验证

3.4.1 齿面对流换热系数

3.4.2 端面对流换热系数

3.4.3 搅油阻力矩

3.5仿真结果分析

3.5.1 流场分布

3.5.2 温度场分布

3.5.3 功率损失

3.6本章小结

4 功率损失及热流场影响因素研究

4.1转速影响研究

4.2转矩影响研究

4.3浸油深度影响研究

4.4本章小结

5 某变速器功率损失及热流场仿真分析

5.1某变速器功率传递及润滑系统介绍

5.2模型前处理

5.3结果分析

5.3.1 流场分布

5.3.2 温度场分布

5.3.3 功率损失

5.4优化与改进

5.4.1 改进措施

5.4.2 优化改进效果

5.4.3 其他建议

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

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间参与的科研项目

B. 学位论文数据集

致谢