Page 40 - 摩擦学学报2025年第4期

528 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

耦合分析模型，如图2所示. 该模型主要包含流场仿真 列于表1中. 齿轮副采用3 mm喷嘴喷油，喷油距离啮
与温度场仿真两大模块，通过流场分析得到对流换热 合平面为106.3 mm，喷油速度为20 m/s，喷油位置在
系数、风阻力矩和啮合区油气比，以及计算的齿轮平 两齿轮中间分度圆切点处，喷油方向垂直喷向齿轮.
均啮合损失，从而求得喷油润滑下的齿轮稳态温度场. 由于喷嘴尺寸小，为保证射流不失真，图3(a)所示为射
流体域大小来自课题组规划搭建的高速重载航 流加密区，图3(b)所示为模型前处理. 齿面处采用四面
空弧齿锥齿轮试验台，如图3所示. 齿轮副的几何参数 体网格，射流加密区采用多区域网格划分，可以保证
网格精度的同时降低网格数量. 控制关键特征网格尺

Flow field boundary
Lubricant Oil injection Operating 寸小于1.5 mm，确保不出现油液分布失真. 附件机匣
properties parameters condition
采用抽油回油，避免过多残油导致效率降低和发热，
因此模型出口采用压力出口，出口压差为2 bar.
Flow field analysis 锥齿轮喷油润滑为典型的滑油和空气混合两相

流环境，因此开启多相流模型(VOF). VOF模型设置空
Oil volume
fraction 气为主相，4 106航空滑油为第二相. 由于该弧齿锥齿
Wall heat transfer Windage Comprehensive 轮常工作于140 ℃温度环境下，因此创建140 ℃下的
coefficient viscosity
4 106润滑油，具体物性参数列于表2中. 弧齿锥齿轮线
速度最高达到160 m/s，高速旋转产生的空气扰动和旋
Heat dissipation Heat source
Heat convection Windage loss Meshing loss 流在使用标准 k −ε模型时可能出现失真的情况，RNG
k −ε模型相比标准 k −ε能更好表现强旋流或带有弯
曲壁面的流动 [35-37] ，因此采用RNG k −ε模型. 选用标
Temperature field simulation 准壁面函数用以处理近壁面层黏性底层无法使用
k −ε的问题，保证计算精度的同时提高计算效率. 利
Fig. 2 Flow-thermal model of spray lubrication for
用UDF用户自定义程序设置动网格以模拟齿轮高速
spiral bevel gear
图 2 弧齿锥齿轮喷油润滑流-热分析模型 旋转，定义齿面和端面为运动壁面，选用弹簧光顺模

Oil jet supply Observation Test wheel Test pinion

pipeline window
Fluid domain

Oil extraction
pipeline

Oil inlet

Grid
Oil jet refinement

(a) (b)
Fig. 3 Preprocessing of the model: (a) fluid domain; (b) mesh division
图 3 模型前处理：(a)流体域；(b)网格划分