详情

原文传递基于流固耦合的智能四驱车辆分动器流场分析

论文题名：	基于流固耦合的智能四驱车辆分动器流场分析
关键词：	流固耦合;智能四驱车辆;分动器;数值模拟;流场特性
摘要：	分动器在工作过程中,齿轮是其关键传动零件,齿轮在啮合传动过程中搅动对其润滑的润滑油流体产生作用,选择润滑油不同的加注量会影响齿轮的润滑及冷却,若选择的注油量不合适,将导致润滑齿轮不充分及冷却效果不良。为了确定齿轮转动的相互关系、齿轮润滑油流体及齿轮传动过程中对润滑油膜及润滑剂的性能及分动器性能的影响,对于固体齿轮周围的流体润滑油流场的研究显得十分重要。　　本文在流固耦合及流体动力学理论基础上,建立分动器内流体的计算模型,基于动网格技术、VOF多相流模型及湍流模型,采用CFD方法对分动器壳体内流体场进行模拟仿真分析,通过三维流场的计算直观地显示齿轮润滑油的运动状态;对齿轮润滑油流体的进行三维数值模拟分析,研究分动器壳体内流体运动的对各参数的影响。数值模拟及分析计算结果将为分动器的设计提供参考依据,对于缩短设计周期、降低设计风险、改善及提高分动器性能都有着实际意义,为进一步分析和准确掌握分动器内部流动规律打下初步的基础,也为人们将来较为深入地研究分动器壳体内的流体问题提供数据和理论依据。因此,本文的研究工作具有重要的理论意义及应用价值。　　本文以企业某款分动器壳体内的流体场为基体,采用CFD方法分析其内部流场状态及流场特性。本文的主要研究内容如下: 　　1、利用UG和CATIA三维建模软件对分动器进行建模,并对CAD模型进行简化、给出计算齿轮对的参数。在FLUENT软件中建立分动器壳内流体模型,并选用适于计算的网格划分方法对流体模型进行网格划分。对处理完成的分动器流体模型在Fluent中进行边界条件及初始条件的设置,选择VOF模型、RNGk两方程湍流模型、压力耦合方程求解的PISO方法及动态网格技术对分动器壳体内的流场状态及空气和润滑油的两相流场进行模拟仿真。比较真实的反映了瞬态的空气和润滑油的状态,并获得了润滑油的分布状态及局部提取点的速度、压力变化情况。即随着齿轮的逐步转动,速度的最高值逐渐向齿轮转动的方向转移,当最大值转移到齿轮啮合点位置时,啮合点位置始终保持较大值;流体区域的压力值逐渐变大并逐步向啮合区转移,并在啮合区保持在较高值。　　2、对同一注油量时,大齿轮三种不同转速时的分动器壳体内部流场的三种转速工况进行模拟分析,得出:对于不同转速时齿轮转动的搅油量是不同的,搅油量伴随着齿轮转速的提高也逐步增加,被搅动飞溅到分动器壳体壁面上的润滑油油量亦随着齿轮转速及搅油量的增加而增多。对于选定点处的流体速度则是随转速的增大而增大,而其两点的压力却有下降的趋势。同时对齿轮同一转速时,分动器壳体内注入不同油量时的润滑油流体场的三种不同油量工况进行模拟分析,得出:对于齿轮不同浴油深度时齿轮转动的搅油量是不同的,搅油量伴随着齿轮浴油量的增加而相应增加,对于选定点处的流体速度则相对油量的增减而无太大变化,而其两点的压力则在油量增加的时候有增大趋势。分动器壳体内部流体的流动伴随着齿轮的转动逐步达到稳定状态后,其流速和压力均逐渐趋于某一相对稳定值,且围绕这一稳定值作小幅的稳定波动。　　3、采用简单的实验方法,对分动器壳体内部流体的运动状态进行实验验证观察,根据实验台运转带动分动器转动的实验结果表明:此分动器的润滑方式为飞溅润滑,处于下方的齿轮部分浸在润滑油中,齿轮转动过程中带动下方的润滑油翻滚流动并随齿转动,并将带动到上方的润滑油供上方的齿轮润滑;齿轮转动时,端面两侧及下方形成旋窝,即分动器壳体内部的润滑油流动为湍流,相对真实的模拟了部件在实际工作过程中油的流动状态;齿轮转动过程中,转动速度的增加及油量的增加都将导致搅油量的增加。
作者：	陈余
专业：	车辆工程
导师：	夏萍;陈黎卿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	安徽农业大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文