144产品可靠性报告2023年第4期可靠性工程高速齿轮风阻功率损失的参数化仿真计算章慧成摘要：随着现代工业技术的发展，人们对机械传动系统的效率和可靠性要求越来越高。在各种机械传动中，齿轮传动以结构简单、承载能力大等优点而被广泛应用于各类机械设备之间的动力传递过程中。但由于齿轮啮合时存在很强的非线性因素、齿面摩擦力作用，使得齿轮箱内部产生强烈的气流流动现象，从而导致了大量能量消耗并引起噪声污染，因此研究齿轮箱内流场特性及其影响规律具有重要意义。本文主要针对某型号高速齿轮箱进行数值模拟分析，通过改变齿轮转速获得不同工况下齿轮箱内部流场分布情况，进而得到相应的速度失量图及压力云图，为进一步优化齿轮箱设计提供理论依据。关键词：高速齿轮风阻功率参数仿真在机械设备中，齿轮是最常用、应用范围最广的零件之一。齿轮作为一种重要的传递动力和运动形式，其性能直接影响着整个机器系统的工作效率。因此对于齿轮来说，研究其风阻特性具有十分重大的意义。目前国内外学者针对齿轮的风阻问题做了大量理论分析及实验研究。但由于齿轮传动过程复杂且存在多个啮合点，导致很难通过简单方法确定每个啮合点处所受的阻力；同时，由于齿轮箱内部结构较为封闭，导致无法直观地观察到齿轮受到的实际作用力情况。本文将以某型号齿轮箱为例,利用CFD技术建立齿轮箱内流场模型并进行数值模拟，从而得到齿轮箱内各部分产生的气动载荷、齿轮受到的风阻功率损耗等相关数据；最后再结合试验结果验证该数值模拟方法的可行性与准确性。此外，本文还进一步探究不同工况下齿轮箱内流场分布规律及其变化趋势，这有助于优化齿轮设计方案，提高齿轮的使用寿命。参数化建模方法在对齿轮风阻功率损失进行分析时，需要考虑的影响因素较多。为了简化模型并提高效率，本文采用UG软件中自带的“齿轮”模块建立齿轮和轴承等零部件，由于该模块可以实现自动装配功能，因此只需将各零件按照一定顺序连接即可完成整个系统的搭建。2.齿轮系统的关系表达式建模在对齿轮系统进行风阻分析时，需要考虑到齿轮啮合过程中由于摩擦产生的能量损失。因此，本文采用了一种基于有限元法和边界层理论相结合的方法模拟齿轮传动过程中的能量损耗。该方法首先通过ANSYS软件建立齿轮模型并划分网格；然后将齿轮与周围流体域耦合，设置齿轮转速为3000r/min、输入扭矩为5768N·m,利用Fluent求解器进行数值计算得到齿轮表面的压力分布云图及速度矢量图等；最后导入ICEM-CFD模...
