基于STARCCM+的高速动车组驱动齿轮箱内部流场分析.docx

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基于STARCCM+的高速动车组驱动齿轮箱内部流场分析

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王庭楷徐宏海

摘要：为研究齿轮箱初始注油量、齿轮旋转方向等因素对齿轮箱内部润滑油瞬态分布、压力瞬态分布和各轴承进/回油孔润滑油质量流量的影响，基于齿轮箱内部不可压缩的气液两相流，采用STARCCM+软件的重叠网格技术对高速动车组驱动齿轮箱内部流场进行仿真。结果表明：当大齿轮正转时，受螺旋方向的影响，车轮侧各轴承进油量大于电机侧轴承进油量;当大齿轮反转时，各轴承进油量受螺旋方向的影响较小;随着初始注油量增加，各轴承进油孔的质量流量也增加;齿轮箱内部流场达到稳态时，内部压力总体上较为平均，仅啮合区存在局部高压区与负压区。研究结果对齿轮箱润滑流道结构设计具有指导意义。

关键词：齿轮箱;流场;注油量;气液两相流;瞬态分布;质量流量

Abstract：Tostudytheinfluenceofinitialoilinjectionandgearrotationdirectionandotherfactorsonthetransientdistributionofoil

andpressureandthemassflowoflubricatingoilinthefillingandreturnholesofeachbearinginthegearbox，basedontheincompressiblegasliquidtwophaseflowinthegearbox，theinternalflowfieldofthedrivegearboxinhighspeedEMUissimulatedusingtheoversetgridtechnologyofSTARCCM+software.Theresultsshowthat：whilethebiggearrotatesintheforwarddirection，theoilintakeofthewheelsidebearingislargerthanthatofthemotorsidebearingduetothehelicdirectionofthelargegear;whilethebiggearrotatesinthereversedirection，theinfluenceofthehelicdirectiononthebearingoilintakeislittle;themassflowrateofthebearingfillingholecanbeincreasedbyincreasingtheinitialoilinjection;whilethegearboxinsidefluidfieldreachessteadystate，theinternalpressureisgenerallyaverage，buttherearehighpressureareasandnegativepressureareasinthelocalmeshingarea.Theresearchresultscanguidethedesignofthelubricationchannelstructureofthegearbox.

Keywords：gearbox;flowfield;oilinjection;gasliquidtwophaseflow;transientdistribution;massflowrate

0引言

高速動车组驱动齿轮箱是动力转向架的关键部件之一，是影响行车安全性与稳定性的重要部件。在齿轮箱高速运转时，轴承与齿轮啮合处产生大量热量且压力集中，极易造成高温和压力集中部位的点蚀、磨损等故障，影响齿轮箱的使用寿命和行车安全。[1]良好的油液润滑能够减少高压高温区域的产生，提高列车行驶的安全性。

国内外学者对高速齿轮箱内部流场的研究主要利用FLUENT软件、Pumplinx软件和有限体积法进行仿真。于宝义等[2]利用FLUENT分析不同初始油位和转速时的流场，发现3倍齿高浸油深度可较好地发挥润滑油作用，不会产生过多热量，齿轮啮入区形成局部高压，齿轮啮出区形成局部低压，且转速越高，高压和低压的绝对值越大。刘中令等[3]采用FLUENT的动网格技术和Profile技术对齿轮箱内部油液润滑进行仿真，利