混合動(dòng)力汽車動(dòng)力分配器熱特性分析

【摘要】：油電混合型混合動(dòng)力是目前混合動(dòng)力汽車動(dòng)力源的普遍混合形式，而動(dòng)力分配器是油電混合型混合動(dòng)力汽車的核心部件。差速器式動(dòng)力分配器（簡(jiǎn)稱PSD）即將傳統(tǒng)差速器的運(yùn)動(dòng)形式應(yīng)用于油電混合型混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合系統(tǒng)。PSD使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)與電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)一定的控制算法耦合到一起，高效地驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)，并且將多余的能量通過(guò)發(fā)電機(jī)得到回收。由于該裝置采用行星傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)緊湊，且齒輪轉(zhuǎn)速較高，系統(tǒng)發(fā)熱量較大，研究PSD的熱特性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的潤(rùn)滑冷卻等方面具有重要的指導(dǎo)意義。本文的研究?jī)?nèi)容得到了國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目——“多場(chǎng)耦合條件下混合動(dòng)力汽車動(dòng)力耦合器的設(shè)計(jì)理論與方法”（項(xiàng)目編號(hào)51075179）的支持。本文首先以PSD為研究對(duì)象進(jìn)行系統(tǒng)總體的溫度特性研究，其次單獨(dú)以PSD較多使用的錐齒輪副為研究對(duì)象進(jìn)行錐齒輪副攪油特性的研究，并進(jìn)一步分析了其在潤(rùn)滑油影響下的瞬態(tài)熱特性。本文的主要研究?jī)?nèi)容、方法和結(jié)論如下： （1）詳細(xì)建立了PSD中多種類型的功率損失計(jì)算模型，包括齒輪嚙合摩擦功率損失、滾動(dòng)軸承摩擦功率損失、攪油功率損失、風(fēng)阻功率損失和其他摩擦功率損失。對(duì)求解對(duì)流熱阻的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)流換熱系數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，建立了與齒輪有關(guān)的、與軸承有關(guān)的及與PSD殼體有關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算模型。形成了一套可行的建立PSD系統(tǒng)的功率損失和對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算模型的方法。 （2）分析了PSD的熱傳遞路線，進(jìn)行了PSD溫度節(jié)點(diǎn)的分析與劃分。建立了傳導(dǎo)、對(duì)流和與齒輪嚙合有關(guān)的熱阻模型。根據(jù)熱傳遞類型和傳熱路線，建立了PSD系統(tǒng)總體的熱網(wǎng)絡(luò)模型圖。根據(jù)電學(xué)中的基爾霍夫定律，建立了各個(gè)溫度節(jié)點(diǎn)的熱平衡方程，并利用Matlab軟件求解出了各個(gè)節(jié)點(diǎn)所代表位置的溫度數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)總體溫度場(chǎng)。分析了PSD總體溫度場(chǎng)的變化趨勢(shì)，對(duì)外界環(huán)境溫度及工況的變化對(duì)潤(rùn)滑油和行星齒輪平均溫度的影響進(jìn)行了深入分析和研究。 （3）針對(duì)PSD中具有多對(duì)錐齒輪傳動(dòng)的情況，單獨(dú)對(duì)錐齒輪副的攪油特性進(jìn)行了深入研究。分析了CFD基礎(chǔ)理論，在Catia軟件中建立了錐齒輪箱的三維幾何計(jì)算模型。將模型導(dǎo)入到Gambit軟件中進(jìn)行了流固體區(qū)域劃分，并進(jìn)行了合理的網(wǎng)格化處理，設(shè)置了計(jì)算模型的邊界條件。采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)，基于Fluent軟件對(duì)錐齒輪箱中瞬態(tài)流體分布進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了錐齒輪副流場(chǎng)分布情況，并進(jìn)一步研究了錐齒輪副在浸油潤(rùn)滑下的攪油損失特性，分析了主從動(dòng)齒輪的攪油損失隨齒輪轉(zhuǎn)速及齒輪浸油深度的影響規(guī)律。 （4）在分析錐齒輪副攪油特性的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)浸油潤(rùn)滑狀態(tài)下錐齒輪箱進(jìn)行了詳細(xì)的傳熱分析。在Gambit軟件中對(duì)計(jì)算網(wǎng)格進(jìn)行了面群和體群組織，便于模擬熱載荷的循環(huán)加載。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式，建立了錐齒輪副輸入摩擦熱流量的計(jì)算模型。采用UDF技術(shù)實(shí)現(xiàn)了齒輪嚙合齒面輸入熱流量的循環(huán)加載。分析了錐齒輪傳動(dòng)初期錐齒輪副及流場(chǎng)溫度場(chǎng)的變化規(guī)律，深入研究了潤(rùn)滑油對(duì)錐齒輪副熱特性的影響。 【關(guān)鍵詞】：混合動(dòng)力汽車 動(dòng)力分配器 集總參數(shù)法 熱流耦合 熱分析
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U469.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 基于集總參數(shù)法的總體熱特性研究12-13
• 1.2.2 基于 CFD 的流場(chǎng)特性研究13-14
• 1.2.3 熱流耦合及齒輪熱特性研究14-16
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)路線16-19
• 第2章 功率損失和對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算模型建立19-31
• 2.1 PSD 驅(qū)動(dòng)機(jī)理19-21
• 2.2 功率損失計(jì)算模型建立21-27
• 2.2.1 齒輪嚙合功率損失22-23
• 2.2.2 滾動(dòng)軸承功率損失23-25
• 2.2.3 攪油功率損失25
• 2.2.4 風(fēng)阻功率損失25-26
• 2.2.5 其他摩擦功率損失26-27
• 2.3 對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算模型建立27-29
• 2.3.1 與齒輪有關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)27
• 2.3.2 與軸承有關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)27-28
• 2.3.3 與殼體等有關(guān)的對(duì)流換熱系數(shù)28-29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第3章 基于集總參數(shù)法的 PSD 熱分析31-43
• 3.1 PSD 傳熱分析31
• 3.2 基于集總參數(shù)法熱分析模型的建立31-37
• 3.2.1 溫度節(jié)點(diǎn)的確定32-34
• 3.2.2 熱阻分析與求解34-36
• 3.2.3 熱網(wǎng)絡(luò)模型圖建立36-37
• 3.2.4 熱平衡方程建立37
• 3.3 PSD 總體溫度特性分析37-42
• 3.3.1 PSD 總體溫度場(chǎng)分析37-39
• 3.3.2 外界環(huán)境對(duì)系統(tǒng)溫度的影響分析39-40
• 3.3.3 工況對(duì)系統(tǒng)溫度的影響分析40-42
• 3.4 本章小結(jié)42-43
• 第4章 基于 CFD 的錐齒輪副攪油特性分析43-55
• 4.1 計(jì)算模型理論與技術(shù)43-46
• 4.1.1 流體基本控制方程43-44
• 4.1.2 湍流模型44-45
• 4.1.3 多相流模型45-46
• 4.1.4 動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)46
• 4.2 錐齒輪副計(jì)算模型的建立46-49
• 4.2.1 齒輪箱幾何模型建立47-48
• 4.2.2 齒輪箱流體網(wǎng)格建立48
• 4.2.3 邊界條件的確定48-49
• 4.3 錐齒輪箱數(shù)值模擬結(jié)果分析49-54
• 4.3.1 錐齒輪箱流場(chǎng)分布模擬49-51
• 4.3.2 錐齒輪副攪油特性分析51-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第5章 基于熱流耦合的錐齒輪副瞬態(tài)熱特性分析55-67
• 5.1 齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)初期錐齒輪箱傳熱分析55-56
• 5.2 錐齒輪副瞬態(tài)熱分析模型建立56-59
• 5.2.1 瞬態(tài)熱平衡方程56
• 5.2.2 網(wǎng)格面群與體群組織56-57
• 5.2.3 齒面輸入摩擦熱流量計(jì)算57
• 5.2.4 齒面熱量循環(huán)加載57-59
• 5.3 錐齒輪箱瞬態(tài)熱特性分析59-65
• 5.3.1 錐齒輪箱瞬態(tài)溫度場(chǎng)分析59-63
• 5.3.2 潤(rùn)滑油對(duì)錐齒輪副傳熱特性影響分析63-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第6章 總結(jié)與展望67-69
• 6.1 全文總結(jié)67-68
• 6.2 研究展望68-69
• 參考文獻(xiàn)69-75
• 致謝75

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