一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法及相关装置

摘要

本发明属于搅油功率损失预测技术领域，为了解决现有的齿轮搅油功率损失预测，未考虑真实空间结构下齿轮轴向间隙和径向间隙对搅油损失功率的影响，导致预测结果不准确的技术问题，提供一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法及相关装置，先根据直齿轮副当量基圆直径和直齿轮副当量角速度，计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，再根据直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，确定直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，并计算直齿轮搅油功率损失，最后，根据大功率传动装置中各直齿轮搅油功率损失，预测大功率传动装置中的搅油功率损失。

说明书

技术领域

本发明属于搅油功率损失预测技术领域，涉及一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法及相关装置。

背景技术

齿轮传动是机械传动中最重要的传动方式之一，具有结构紧凑、工作可靠、传动比稳定等优点，在大功率传动装置中有着非常广泛的应用。提高齿轮传动效率对提高大功率传动装置的性能和节能减排具有重要意义，因此，在设计阶段预测齿轮的功率损失尤为重要。

影响齿轮搅油功率损失的因素很多，包括齿数、模数、螺旋角、齿宽、润滑油粘度、密度、温度、齿轮转速、油浸深度等。传动装置中齿轮的润滑方式主要有浸油润滑和喷油润滑。其中，喷油润滑是通过喷嘴直接将润滑油液喷至齿轮啮合处进行润滑，润滑后的润滑油液经油路系统过滤降温再被重复利用。在汽车、航空发动机等所用的大功率传动装置中，齿轮都是装在经过精确加工而且封闭严密的箱体中，齿轮与齿轮、齿轮与箱体之间的狭小间隙也会对齿轮的搅油损失产生影响。齿轮的搅油损失在总功率损失中占很大比例。同时，现有的齿轮搅油功率损失计算主要针对开放空间下的单个或单对齿轮，未考虑真实空间结构下齿轮轴向间隙和径向间隙对搅油损失功率的影响。因此，建立真实空间结构下齿轮的搅油损失计算方法，对预测大功率传动装置中的搅油功率损失具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的齿轮搅油功率损失预测，未考虑真实空间结构下齿轮轴向间隙和径向间隙对搅油损失功率的影响，导致预测结果不准确的技术问题，提供一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法及相关装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明提供一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据直齿轮副当量基圆直径和直齿轮副当量角速度，计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数；

步骤2，根据直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，确定直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，并计算直齿轮搅油功率损失；

步骤3，根据大功率传动装置中各直齿轮搅油功率损失，预测大功率传动装置中的搅油功率损失。

第二方面，本发明一种大功率传动装置搅油功率损失预测系统，用于实现上述大功率传动装置搅油功率损失预测方法，包括雷诺数计算模块、功率损失计算模块和预测模块；

所述雷诺数计算模块，用于根据直齿轮副当量基圆直径和直齿轮副当量角速度，计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数；

所述功率损失计算模块，根据直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，确定直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，并计算直齿轮搅油功率损失；

所述预测模块，用于根据各直齿轮搅油功率损失，预测大功率传动装置中的搅油功率损失。

第三方面，本发明一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法的步骤。

第四方面，本发明一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出一种大功率传动装置搅油功率损失预测方法，涉及影响因素更加全面，包含了传动装置真实空间结构中狭小间隙等因素。相比于常规的齿轮搅油功率损失计算方法，可以计算预测传动装置中常见的喷油润滑条件下的直齿轮搅油功率损失，而不只局限于浸油润滑条件下的直齿轮搅油功率损失。其次，相比于常规的齿轮搅油功率损失计算方法，可以计算齿轮副的搅油功率损失，经验证与工程应用更加吻合，其中齿轮基圆直径与转速均采用本发明提出的齿轮副当量基圆直径与齿轮副当量角速度计算。另外，相比于常规的开放空间下齿轮搅油功率损失计算方法，可以计算真实传动装置中狭小间隙下的齿轮搅油功率损失，与实际情况更加接近。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测方法的流程示意图；

图2为本发明一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测系统实施例的示意图；

图3为本发明一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测方法实施例的流程示意图；

图4为本发明实施中喷油角度标定图；

图5为本发明实施中狭小空间中径向狭小间隙示意图；

图6为本发明实施中狭小空间中轴向狭小间隙示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明公开了一种狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失的计算方法及相关装置，属于齿轮传动领域，齿轮的传动效率对动力装备的效率、油耗、稳定性和可靠性有巨大的影响。为了精确计算传动装置内部真实空间结构下直齿轮喷油润滑搅油功率损失，提出一种狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失预测方法。主要包括直齿轮结构参数提取、传动装置内直齿轮运动参数提取、流体运动特征雷诺数计算、狭小空间下直齿轮空间结构参数提取、狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算等几个步骤。相比于常规的浸油润滑下直齿轮搅油损失预测方法，本发明适用于传动装置内常见的喷油润滑情况，并针对传动装置内真实的空间结构，引入狭小空间修正系数，进一步提高了搅油功率损失预测精度，可用于传动装置内直齿轮分布设计或润滑油路系统设计。

参见图1，本发明实施例公开了一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测方法，包括以下步骤：

S1，计算直齿轮副当量基圆直径，具体如下：

式中，D

S2，计算直齿轮副当量角速度，具体如下：

其中，D

其中，n

S3，根据直齿轮副当量基圆直径和直齿轮副当量角速度，计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数R

其中，ρ为润滑油密度；ω

S4，计算齿轮距壁面径向间隙δ

S5，根据直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，选择对应的狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，计算直齿轮搅油功率损失。

狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型通过如下公式确定：

其中，Q为喷油润滑流量；

S6，根据直齿轮搅油功率损失，预测大功率传动装置中的搅油功率损失。针对某一大功率齿轮传动装置，记录传动装置中各齿轮副的结构参数、运动参数及间隙参数，每一对齿轮副根据S5所述方法计算其搅油功率损失，将各齿轮副搅油损失功率相加，即可得到大功率传动装置中的搅油功率损失。

如图2所示，本发明实施例还公开了一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测系统，包括：

基圆直径计算模块，用于计算直齿轮副当量基圆直径，并发送至雷诺数计算模块；

角速度计算模块，用于计算直齿轮副当量角速度，并发送至雷诺数计算模块；

雷诺数计算模块，用于根据直齿轮副当量基圆直径和直齿轮副当量角速度计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数，并发送至功率损失计算模块；

间隙计算模块，用于计算齿轮距壁面径向间隙与齿轮直径的比值和齿轮距壁面轴向间隙与齿轮宽度的比值，并发送至功率损失计算模块；

功率损失计算模块，用于根据直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数、齿轮距壁面径向间隙与齿轮直径的比值和齿轮距壁面轴向间隙与齿轮宽度的比值，选择对应的狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，计算狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失。

预测模块，用于根据直齿轮搅油功率损失，预测大功率传动装置中的搅油功率损失。

如下是采用本发明一种大功率传动装置中的搅油功率损失预测方法的一个具体实施例：

如图3所示，以具体预测实例对本发明进行进一步地解释说明：

第1步，确认某传动系统内直齿轮设计或析过程，属于常规过程，不在此展示或说明；

第2步，提取直齿轮的结构参数、直齿轮的运动参数、润滑油物性参数、润滑状态参数、狭小空间间隙参数；

第3步，计算直齿轮喷油润滑下流体运动特征雷诺数；

第4步，根据喷油润滑下流体运动特征雷诺数，选择合适的狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算模型，计算传动装置内直齿轮搅油功率损失。

将本发明所获得的狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失与数值模拟计算结果在15组不同的间隙参数下进行比较，结果如表1所示。

表1狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失结果比较

从表1的结果比较可以看出，本发明的狭小空间下直齿轮喷油润滑搅油功率损失计算方法的计算结果与数值模拟结果接近，15组对比算例误差均在25％以内。因此，本发明的计算方法，能满足工程上预测狭小空间下直齿轮在喷油润滑条件下的搅油功率损失。

如图4所示，对本发明应用时直齿轮喷油角度进行说明，图4中A表示喷嘴，B表示高速运动齿轮方向，作为正方向。一般认为喷嘴水平指向高速齿轮(图中ω

如图5和图6所示，齿轮距壁面的径向距离为齿轮的径向间隙(图5中C处)，齿轮距壁面的轴向距离为齿轮的轴向间隙(图6中D处)。

本发明另一实施例提供的计算机设备。该实施例的计算机设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述大功率传动装置搅油功率损失预测方法实施例中的步骤。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述大功率传动装置搅油功率损失预测系统实施例中各模块/单元的功能。

所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。

所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机设备的各种功能。

所述计算机设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

本发明的再一实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现前述大功率传动装置搅油功率损失预测方法的步骤。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。