Modelling of gear surface roughness impact on electrified transmissions’ efficiency

Abstract

Esta publicación modela la eficiencia del engrane de engranajes helicoidales con un nuevo modelo propio, uniendo varias propuestas de diversos campos en un solo conjunto. El modelo calcula el régimen de lubricación; el campo de presiones tanto en separación parcial como completa; estrés de contacto en la superficie; estrés sub-superficial; deformaciones bilaterales y pérdidas en un contacto bidimensional, rugoso y deformable con un coste computacional muy limitado. La variación del campo de presiones en el lubricante se deriva de una aproximación bidimensional y estática de las ecuaciones de Navier-Stokes, obviando el tránsito de fluido en el eje z en una referencia cilíndrica, alineando los ejes radiales y acimutales con las circunferencias equivalentes del contacto. El estimador de lubricación es una modificación de una proposición relativamente nueva y el estrés del contacto y la deformación superficial se han adaptado para aceptar cualquier superficie más allá del contacto curva-contr-plano original. Las pérdidas se subdividen en deformaciones plásticas, deslizamiento, fricción y resistencia a la rodadura. La novedad del modelo reside en la velocidad de computación tanto con solucionadores numéricos como algebráicos, combinándolos con las diferentes características con una alta precisión, obteniendo resultados comparables a simulaciones tridimensionales dinámicas a la vez que junta aspectos del contacto que a menudo son estudiados por separado.

This publication models gear meshing efficiency with a novel approach combining several propositions from different fields into a single conglomerate. The model calculates lubrication regime, pressure distribution with complete and partial surface separation, surface contact stress; sub-surface stress; bilateral surface deformation and losses incurred during 2D gear rough deformable line contact within very limited computational time. The pressure variation in the lubricant is derived from a 2D static approximation of the Navier-Stokes solution which disregards the transit of fluid through the z-coordinate for a cylindrical reference, aligning the radial and azymuthal axis with the equivalent circumference of the contact. The lubrication regime is a modified proposition of a relatively new estimation method and the contact stress and surface deformation have been adapted to accept any type of surface from the original curved-againstflat surface set-up. The losses are then broken down into plastic surface deformation, sliding friction and rolling resistance losses. The novelty lies on the speed at which the model operates with numerical and algebraic solvers whilst combining these different characteristics with a high precision, reaching similar conclusions to full 3D dynamic simulations whilst also combining several aspects of contacts which would typically be found in separate models and publications.