Page 45 - 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 533

600 450
(a) References [23] 50 (b) Simulation value 60
Empirical formulas Empirical formulas
Deviation rate 40 300 Deviation rate 50
Windage loss/W 200 30 Deviation rate between experimental data and empirical formulas/% Windage loss/W 150 40 Deviation rate between simulation value and empirical formulas/%
400

30

0 20 0 20
200 400 600 800 1 000 1 200 200 400 600 800 1 000 1 200
Gear angular velocity/(rad/s) Gear angular velocity/(rad/s)
[23]
Fig. 9 Difference rate: (a) comparison between Ref and empirical formula; (b) comparison between
simulation and empirical formula
[23]
图 9 相差率：(a)文献测量值 与经验公式对比；(b)仿真值与经验公式对比
公式(6)，其相差率如图9(a)所示. 可知试验的风阻损失 7 100.0
Friction loss
大于经验公式计算的30%~40%，说明经验公式的结果 6 Windage 1.064 7
Efficiency
相对保守. 对比可知仿真结果同样大于经验公式的计 0.859 6 99.5
算值，且大于30%~50%，如图9(b)所示. 通过两者的相 Power loss/kW 5 4
差率对比可知，仿真模型结果与该齿轮对应试验数据 3 0.756 7 5.341 6 99.0 Gear efficiency/%
之间的相差率不超过20%，且仿真齿轮风阻损失随速 2 0.694 9 4.121 8
2.906 5 98.5
度的增长变化与试验结果观察到的一致，说明该模型 1 0.154 3 0.352 1 0.589 0
0.479 8 0.814 1 1.568 4
能够较为准确计算风阻损失和反映相关规律. 0 0.426 5 98.0
40 60 80 100 120 140 160
为比较风阻损失与齿轮啮合损失，计算该齿轮副在 Velocity/(m/s)
额定扭矩 T 1 =154.66 N·m、不同转速下功率损失，结果
Fig. 10 Relationship between gear power loss and velocity
如图10所示. 随着转速上升，齿轮的功率损失增加，且当 图 10 齿轮功率损失和线速度关系
线速度达到80 m/s齿轮的风阻损失超过齿轮的滑动摩
擦损失，成为齿轮副的主要功率损失. 当线速度达到 随转速增大则成为齿轮效率降低的最主要原因.
进一步分析了2个典型转速工况下齿轮稳态温度
160 m/s时，齿轮的齿轮风阻损失达齿轮功率损失的80%
[19] 场，如图11所示. 齿轮副的最高温度均分布在小齿轮
以上. Diab等 通过试验测得齿轮线速度为121和135 m/s
时风阻损失占比齿轮传递损失分别为75%和78%，与本 啮合齿面侧. 相比40 m/s时的最高温169.70 ℃，当齿轮
文中120 m/s风阻损失占比结果相近，说明高速下齿轮 线速度达160 m/s时，齿轮最高温度增加73%，达到
风阻损失是齿轮副损失的主要来源. 由图10可知，随 293.70 ℃，此时胶合失效风险较大，需谨慎评估该高
着转速上升，齿轮的传递效率逐步下降，由40 m/s时的 线速度下的可靠性.
99.47%下降到160 m/s时的98.35%，而齿轮风阻损失 图12所示为齿轮温度和温差随线速度变化. 随着

Temperature/℃
295.00
283.08
271.15
259.23
247.31
235.38
223.46
211.54
199.62
187.69
175.77
163.85
151.92
140.00
(a) (b)
Fig. 11 Temperature field distribution of bevel gears at two typical speeds: (a) 40 m/s; (b) 160 m/s
图 11 2种典型转速下锥齿轮的温度场分布：(a) 40 m/s；(b) 160 m/s