Page 43 - 摩擦学学报2025年第4期

第 4 期 文武翊, 等: 高速航空锥齿轮线速度对喷油润滑流场与温度场影响研究 531

(a) (b)

y y
z z

Fig. 6 Distribution of jet liquid column at different velocities: (a) 40 m/s; (b) 160 m/s
图 6 不同齿轮线速度下射流液柱分布：(a) 40 m/s；(b) 160 m/s

40 m/s 160 m/s
Oil volume fraction
(a) 1.0
0.9
0.8
0.7
60° 60° 0.6
0.5
0.4
0.3
y y 0.2
0.1
x x 0.0

(b) Oil volume fraction, q < 0.05 (c)
Oil volume fraction, 0.05 ≥ q < 0.10 0.015
Oil volume fraction, 0.10 ≥ q < 0.25 Wheel
Oil volume fraction, 0.25 ≥ q < 0.50 Pinion
Oil volume fraction, 0.50 ≥ q 0.010
10.19% Volume fraction of tooth

10.26% 95.96%
75.38% 0.005
2.74% 3.46%
0.53%
1.43% 0.05%
0.000
40 60 80 100 120 140 160
Speed/(m/s)
Fig. 7 Distribution of lubricating: (a) oil distribution; (b) oil volume fraction proportion; (c) oil volume fraction change trend
图 7 滑油分布与变化趋势：(a)油液分布云图；(b)油液体积分数占比；(c)油液体积分数变化趋势

系数突增，为空气对流的数倍. 随着油液被甩离，对流 定程度，出现乏油情况，导致滑油成为影响齿面对流
换热系数快速下降，说明油液对齿轮对流换热效果显 换热系数的主导因素.

著. 齿面、端面对流换热系数均值以及啮合区对流换
热系数随线速度的变化如图8(c)所示，可知随着线速 3 功率损失和温度场结果
度提高，端面对流换热和齿面对流换热均上升，且齿 美国NASA研究者在文献[23]中通过试验测量的
面均值大于端面均值2~3倍. 分析了啮合区对流换热， 圆柱齿轮参数与本文中弧齿锥齿轮中间齿宽处的参

如图8(d)所示，在120 m/s之前对流换热系数随线速度 数相近，其试验数据具有一定参考性，参数对比列于表4
提高而提高，在超过120 m/s后对流换热系数发生下 中. 因此将本模型得到的风阻损失与NASA试验结果 [23]
降，说明在120 m/s之前空气对啮合区对流影响占主导 一并与经验公式(6) 进行对比，以验证本文中模型.
[41]
作用，当线速度超过120 m/s后由于齿面滑油降低到一 对于直齿轮，风阻损失表达为