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高速齿轮箱体内流场分析及其密封结构数值研究
| 论文题名： | 高速齿轮箱体内流场分析及其密封结构数值研究 |
| 关键词： | 齿轮箱;流场分布;密封结构;数值模拟;高速动车组 |
| 摘要： | 高速驱动齿轮箱是动力转向架的关键部件之一，随着列车运行速度的提高，传动系统内部的压力分布和系统温度的变化更为复杂，对齿轮箱的密封性能提出了更高的要求。密封性能的好坏，直接关系到其运行可靠性、齿轮和轴承的使用寿命。本文以其为研究对象，分析了箱体内部及其润滑系统密封腔内流场分布规律，为齿轮箱润滑和密封系统的设计提供了理论指导。 基于不可压缩流体控制方程和RNG k-ε湍流模型，建立高速动车组驱动齿轮箱体内流场分析的二维仿真模型。在FLUENT软件平台上，对Navier-Stokes方程和湍流方程采用有限体积法离散，压力-速度耦合采用PISO算法。采用VOF两相流和动网格技术，实现了齿轮搅油过程的动态模拟。研究了齿轮转速、浸油深度、润滑油粘度和正、反转工况对箱体内部流场的影响。 研究结果表明:在靠近小齿轮端的箱体壁面周边将产生与小齿轮转向相反的一股气流，在靠近大齿轮端的壁面周边的气流却几乎保持静止。随着齿轮转速的提高，润滑油将被更快地搅起;随着浸油深度的增加，更多的润滑油被搅起，并随着大齿轮的轮齿进入大、小齿轮的啮合处。齿轮运转一定时间后，箱体内的润滑油分布趋于稳定。当浸油深度小于三倍齿高时，沿箱体壁面均有较大润滑油油团聚集;当浸油深度为三倍齿高时，在箱体内部空间有小油滴存在，且在大、小齿轮的啮合处同样存在一些小油滴，有利于齿轮啮合区域的润滑。当润滑油的粘度较高时，更多的润滑油将粘附在大齿轮周边，并随着大齿轮运动;当润滑油的粘度较低时，润滑油将更容易被甩到箱体壁面上，最终较均匀地粘附在箱体壁面上。在反转运行工况下，有利于将润滑油扩散到箱体内部空间。通气器附近的压力在标准大气压附近波动，其变化趋势几乎无规律可循。 以高速动车组驱动齿轮箱小齿轮电机端的迷宫密封为研究对象，建立了带有甩油环的迷宫密封的数值仿真模型——可压缩二维轴对称有旋流动。采用标准k-ε湍流模型和增强壁面处理模拟迷宫密封腔内流场分布及泄漏特性。在FLUENT软件平台上，对Navier-Stokes方程、能量方程和湍流方程采用有限体积法离散，压力-速度耦合采用SIMPLE算法。研究空腔深度对密封性能的影响，确定最优的空腔深度。同时研究密封齿间间隙、进出口压差和转速对泄漏量的影响规律。研究结果表明:随着空腔深度的增加，泄漏量先减小后增大;密封齿间间隙越小越有利于密封;随着进出口压差的增大，泄漏量增大;在不考虑温升的条件下，转速对泄漏量的影响很小，但随着转速的增大，密封性能提高。 |
| 作者： | 吴特 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 米彩盈 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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