新能源齿轮箱中的搅油润滑分析

随着技术的不断进步，市场对于乘用车/商用车等的润滑系统性要求越来越高。以往在产品的润滑性能的开发、提升等工作中，主要依赖于台架实验。虽然台架实验能直观的获取润滑性能的“好”与“坏”，但成本高、周期长，不利于产品的快速迭代与性能提升。

因此，需要一款飞溅润滑分析软件，能够在设计初期对润滑系统的润滑效果进行快速且准确的仿真分析，确认各个零部件润滑油量满足设计要求，避免试验验证阶段出现由于润滑不足导致的零件烧蚀、齿轮失效、轴承压痕等问题，以满足项目开发阶段的产品设计和优化分析工作。

本期使用Altair nanoFluidX从分析设置、流场分析、轴承端部油量分布与齿轮箱热分析、搅油损失扭矩值几方面来分析新能源齿轮箱中的搅油润滑分析。

搅油分析设置

• 多相流分析

• 物理时间: 2 s

• 分辨率: 0.75 mm

• 粒子数量: 11.8 million

• 前处理时间: 1 h

• 硬件平台：8 NVIDIA Tesla V100

时间平均

• 分析结果中可以生成酷炫的渲染动画

• nanoFluidX使用特殊的时间平均后处理方法：

我们对瞬态的流场取时间平均，创建一个准稳态的流场。这提供了更加准确、清晰的流场分布信息，让我们关注到齿轮箱内的油平均分布状态。

平均速度场

平均油量分布

在中间齿轮上部存在一个大的低速漩涡：

来自输出齿轮的高速油“撞”到反向旋转的中间齿轮，油被分成两部分：

• 一部分构成漩涡

• 一部分流向输出轴

中间轴的大齿将油甩向主油底壳，在中间轴下方形成回流区（由输入轴的油补充）：

轴承端部油量分布与热分析结果

耦合Altair Acusolve进行热分析

为何要耦合AcuSolve进行热分析？

因为流动和传热的时间尺度差几个数量级，同时求解计算量太大。采用SPH算法求解器nanoFluidX计算高度瞬态的流动现象，通过时间平均法提取准稳态的流场信息，下一步映射给FEM算法的求解器AcuSolve， 最终获得稳态的温度场。

nanoFluidX

瞬态流场分析

nanoFluidX

流场的时间平均与结果映射

AcuSolve

热分析

热边界

• 齿轮箱外表面给定对流换热系数

• 对流换热系数: 20 W/m2-K

• 参考温度: 300 K

壳体温度分布

齿轮和轴承温度分布

轴承端部油量分布

图中箭头所指的中间轴的这一侧的轴承端部，几乎没有油分布，从而导致了这一端的轴承温度较高。

搅油损失

总的搅油损失功率: 0.73 kW

总结

• 紧凑的壳体结构使得齿轮箱内部的流场无法过多的发展。
• 在这一齿轮箱内部唯一的主要流场结构就是中间轴上方的大涡漩。
• 在该位置处的流动主要有三个方向：

• 流向输入轴

• 流过中间齿，再流回油池

• 回流
• 平均流场的分析结果显示，在输出轴、中间轴的左侧轴承，和输入轴的右侧轴承都存在缺油现象。
• 热分析结果显示有些区域的温度明显较高，需注意冷却。
• 使用nanoFluidX可以准确地识别缺油区域以及润滑的关键区域油量分布情况。