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1、华中科技大学 硕士学位论文 封闭功率齿轮传动试验研究 姓名：许文科 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：吴昌林 20090523 I 摘摘 要要 齿轮传动作为一种在工业上广泛应用的传动部件， 对其传动性能的研究将有助于提 高系统的效率。为了研究齿轮装置传动的效率，需要知道齿轮传动装置各部分的功率损 失。各部分的功率损失产生热。这些热量引起齿轮装置的温升。为了通过试验的方法来 测量齿轮装置的温升，需要开发一台封闭功率齿轮传动试验台。本文研制了一台机械封 闭功率传动试验台。本试验台主要由机械传动模块，测量模块，电气模块和控制模块等 四模块组成。 在机械传动模块中以砝码进行加载， 用
2、两特制半联轴器实现对功率的封闭。 测量模块由温度传感器，转矩转速传感器和工控机等组成。在被试齿轮箱上布置了 20 个温度传感器用来测量其温升。 转矩转速传感器用来测量系统的输入和输出的转矩与转 速。测量模块中应用 VC+6.0 编写控制软件实现对变频电机的调速功能。 齿轮箱的温升对于齿轮传动的性能有重大影响。 影响齿轮箱温升的各种因素主要靠 实验的方法来研究。这些因素有载荷，润滑油的粘度，转速，润滑方式等。本文在此试 验台上进行了一系列的实验：研究了在空载条件下，VG15，VG32，VG68 号润滑油分 别在 800r/min，600r/min, 400r/min,150r/min 的温升变化
3、。也研究了在负载条件下，此三 种润滑油分别在上述四种转速下的温升情况。 利用实验结果绘制达到温度平衡时齿轮箱 的温度场分布图。 借助于强大的计算流体与传热仿真软件 Fluent 对齿轮箱进行稳态传热 仿真。首先用 Pro/E 建立齿轮箱的仿真模型，再用 Gambit 进行网格划分，最后在 Fluent 中进行求解计算和后处理。并与实验所的结果进行比较，基本相符。 关键词关键词：封闭功率 齿轮传动 传热 Fluent 仿真 II Abstract Gear transmission has widely used as the transmission components in industr
4、y, transmission performance of which study will help to improve the efficiency of the system. In order to study the efficiency of transmission gear, there are need to know the various parts of the power loss. The different kinds of power loss generate the heat. Gear devices temperature rise caused b
5、y these heat. In order to measure the temperature rise of gear device, there are need to develop a closed-power gear transmission test bed. In this paper, a closed mechanical power transmission test rig was developed. This test-bed is mainly composed of mechanical transmission module, measuring modu
6、le, electric module and control module. In the mechanical transmission module weights are used to load and two special half-coupling achieve closure of the power. Measurement module consists of the temperature sensor, torque and speed sensor, and IPC. The 20 temperature sensors arranged on test gear
7、 box are used to measure the temperature rise. Two torque speed sensor is used to measure system input and output torque and speed. In measurement module the application control software compiled by VC + +6.0 achieves control the speed of the motor. The temperature rise of the gear box has a major i
8、mpact on performance of gear transmission. The impact of various factors of gearbox temperature rise mainly relies on the experimental approach to the study. These factors include a load, lubricant viscosity, speed, lubrication mode, and so on. In this paper, a series of experiments was achieved. On
9、 the conditions of no-load, VG15, VG32, VG68 lubricants change of temperature rise were respectively researched with the speed of 800r/min, 600r/min, 400r/min, and 150r/min. In the condition of load, the three types of lubricantss temperature rise were respectively researched in the above-mentioned
10、four kinds of speeds. The experimental results when gear box achieved temperature equilibrium were used to draw gearboxs distribution of the temperature field. The powerful computational fluid and heat transfer simulation software Fluent was used to simulate the gear box of steady-state heat transfe
11、r. First, used Pro / E to establish the simulation model of gear box, and then carried out Gambit mesh, and finally solved in the Fluent calculation and carried out post-processing. The results of simulation agree partly with experimental results. Keywords: closed-power, gear transmission, heat tran
12、sfer, Fluent, simulation III 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文
13、的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 1 1 绪绪 论论 1.1 课题的来源、目的和意义1.1 课题的来源、目的和意义 1.1.1 课题的来源课题的来源 机械传动是机械设计及理论学科的重要学科领域， 在机械工程技术上有非常广泛的 应用。机械工程实践中，对传动装置进行的实验均须在封闭功率环境下进行。为了进行 封闭功率条件下的齿轮传动实验以及温升实验，设计开发出封闭功率式齿轮传动
14、实验 台。本科题使用的封闭功率试验台来源于我校的国家级实验教学示范中心实验项目。 1.1.2 课题的意义课题的意义 齿轮传动作为一种常用的传动部件，在各行各业有着广泛的应用。封闭功率传动试 验台能够对齿轮的各种性能进行研究。 开发出封闭功率试验台作为一个对齿轮进行研究 的平台。能够对齿轮的传动性能进行研究。分析齿轮传动中的各种功率损失，以及各个 部分在不同转速下的齿轮箱温升。齿轮箱的温升受润滑油的粘度，齿轮箱的散热面积， 齿轮箱材料的传热系数，润滑油的导热系数，环境温度，负载等许多因素的影响。其中 有些因素较难确定，如润滑油与齿轮箱的对流传热系数等。对于齿轮箱的温升不能超过 一定的允许值。对于
15、不同的齿轮箱具体的温升情况必须要用实验进行测量。当齿轮箱润 滑油的温升过高时，齿轮啮合产生的热量不能及时由润滑油带走，造成齿轮发生胶合。 从而影响齿轮的传动性能。因此对于齿轮箱进行温升实验，研究各种因素对于齿轮箱温 升的影响情况至关重要。 1.1.3 课题的目的课题的目的 为了研究齿轮装置传动的效率，需要知道齿轮传动装置各部分的功率损失。各部分 的功率损失产生热。这些热量引起齿轮装置的温升。当产生的热等于齿轮装置的散热相 等时，齿轮装置达到热平衡。同时研究润滑油粘度，转速，扭矩对齿轮装置温升的影响。 开发一台封闭功率传动试验台。在制作的封闭功率齿轮传动试验台上进行一系列试验， 通过在齿轮箱上各
16、个位置布置温度传感器，了解温度的分布及其变化规律。研究空载条 件下，研究转速对于齿轮箱温升的影响，不同粘度的润滑油对于齿轮箱温升的影响。在 不同载荷下，研究载荷对于齿轮箱温升的影响，不同粘度的润滑油对于齿轮箱温升的影 响。最后利用 Fluent 流体和传热仿真软件对齿轮箱热系统进行仿真。 2 1.2 国内外封闭功率试验研究概况 1.2 国内外封闭功率试验研究概况 机械封闭功率试验台可以进行各种试验，如：在空载条件下，检测系统的运行和齿 轮箱的温升，在负载条件下研究齿轮的胶合，疲劳寿命。在运作过程中的产生振动和噪 声。对齿轮的各种性能进行检测。 到目前为止，国内外已经制造出各种各样的试验台，以满足各种不同的生产和研究 的需要。按照能量传递原理的不同，齿轮传动试验台分为开式齿轮传动试验台和闭式齿 轮传动试验台。对于开式齿轮试
