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随着我国轨道交通的快速发展，要求传动齿轮箱具有更高的承载能力和传动速度，这直接影响车辆运行的动力性、安全性以及舒适性。齿轮箱内部润滑不足导致局部温度上升，是造成其运行故障的重要因素，同时，由于齿轮箱采用非接触密封，密封性能不足造成润滑油泄漏，严重影响其安全高效运行，因此，分析齿轮箱内介质流动及其密封性能，具有一定的理论价值和工程意义。
本文分析了齿轮箱内部瞬态流场、温度特性和密封系统性能，实现流场、温度及密封的整体系统研究，以期揭示箱体内介质运动及热平衡动态特性规律，探究密封系统机理，为优化齿轮箱及密封系统的设计奠定理论基础。论文主要工作如下：
首先，基于流体体积函数两相流模型(VOF)，建立城轨齿轮箱内部流场模型，研究箱体内部润滑油飞溅轨迹，对比转速、油量和黏度对润滑油分布规律的影响，分析箱体内部有效润滑油浓度、轴承供油量和齿轮端面润滑油浓度，为深入研究齿轮箱温度特性奠定基础。研究表明：a)为提高齿轮箱内轴承供油量，应采用低黏度润滑油并增加初始油量，而为提高齿轮端面的润滑油浓度，应采用高黏度润滑油并增加初始油量，对于润滑油黏度选择，需综合考虑；b)提高转速增大了输入端轴承供油量和驱动齿轮端面润滑油浓度，但输出端轴承供油量先上升后下降，从动齿轮端面浓度降低，需综合考虑。
其次，结合箱体内部有效润滑油浓度，修正热源计算方法，建立齿轮箱温度特性模型，分析箱体内部温度和压力分布规律，并进一步研究转速和润滑油初始油量对温度特性的影响。研究表明：a)齿轮箱总功率损失中，以齿轮啮合功率损失和轴承摩擦功率损失为主，传热系数取决于外壁面对流换热系数和油池局部换热系数；b)齿轮箱内部最高温度出现在齿轮啮合区(低速)或输入端背离电机侧轴承处(高速)，降低转速、增加初始油量，有利于降低稳态温度；c)内部最大压力出现在齿轮啮合区，啮合区压差越大，空化现象越严重，应适当降低转速和初始油量。
再次，根据齿轮箱密封系统的工作原理，提出“油气分离-回油”的分析方法，采用DPM和油壁碰撞模型，分析油气分离效率，进一步根据VOF模型，分析回油效率，综合研究密封系统机理。研究表明：a)密封系统的润滑油泄漏量由入口润滑油油量和密封效率共同决定；b)密封效率由油气分离效率和回油效率构成，其中分离效率取决于气流拖曳和油滴惯性作用，回油效率取决于各空腔中实现油气分离的润滑油油量。
最后，结合密封系统机理，对比分析不同运行工况和密封、回油结构对密封性能的影响，提出结构优化建议。研究表明：a)齿轮箱运行工况中，降低转速和回油压力，减少润滑油初始油量，有利于提高密封系统性能；b)轴向空腔存在最佳深宽比，静子腔和转子腔分别为1.5和0.2；轴向间隙相对高度越大，密封性能越好；c)轴向间隙宽度越小，径向密封齿相对啮合深度越大，润滑油泄漏量越小，但需要考虑结构热膨胀变形和制造安装精度；d)回油孔直径越大，数目越多，密封系统性能越好，在空间容许的前提下，优先确保回油孔数目，并靠近中心位置对称设置。
综上所述，本文开展齿轮箱内部流场、温度特性和密封系统的综合研究，探究运行工况下箱体内部润滑油和温度、压力分布规律，定量评估密封系统性能，研究成果可为箱体内部结构设计提供参考依据，以改善关键区域的供油、优化密封系统的结构设计。
本文分析了齿轮箱内部瞬态流场、温度特性和密封系统性能，实现流场、温度及密封的整体系统研究，以期揭示箱体内介质运动及热平衡动态特性规律，探究密封系统机理，为优化齿轮箱及密封系统的设计奠定理论基础。论文主要工作如下：
首先，基于流体体积函数两相流模型(VOF)，建立城轨齿轮箱内部流场模型，研究箱体内部润滑油飞溅轨迹，对比转速、油量和黏度对润滑油分布规律的影响，分析箱体内部有效润滑油浓度、轴承供油量和齿轮端面润滑油浓度，为深入研究齿轮箱温度特性奠定基础。研究表明：a)为提高齿轮箱内轴承供油量，应采用低黏度润滑油并增加初始油量，而为提高齿轮端面的润滑油浓度，应采用高黏度润滑油并增加初始油量，对于润滑油黏度选择，需综合考虑；b)提高转速增大了输入端轴承供油量和驱动齿轮端面润滑油浓度，但输出端轴承供油量先上升后下降，从动齿轮端面浓度降低，需综合考虑。
其次，结合箱体内部有效润滑油浓度，修正热源计算方法，建立齿轮箱温度特性模型，分析箱体内部温度和压力分布规律，并进一步研究转速和润滑油初始油量对温度特性的影响。研究表明：a)齿轮箱总功率损失中，以齿轮啮合功率损失和轴承摩擦功率损失为主，传热系数取决于外壁面对流换热系数和油池局部换热系数；b)齿轮箱内部最高温度出现在齿轮啮合区(低速)或输入端背离电机侧轴承处(高速)，降低转速、增加初始油量，有利于降低稳态温度；c)内部最大压力出现在齿轮啮合区，啮合区压差越大，空化现象越严重，应适当降低转速和初始油量。
再次，根据齿轮箱密封系统的工作原理，提出“油气分离-回油”的分析方法，采用DPM和油壁碰撞模型，分析油气分离效率，进一步根据VOF模型，分析回油效率，综合研究密封系统机理。研究表明：a)密封系统的润滑油泄漏量由入口润滑油油量和密封效率共同决定；b)密封效率由油气分离效率和回油效率构成，其中分离效率取决于气流拖曳和油滴惯性作用，回油效率取决于各空腔中实现油气分离的润滑油油量。
最后，结合密封系统机理，对比分析不同运行工况和密封、回油结构对密封性能的影响，提出结构优化建议。研究表明：a)齿轮箱运行工况中，降低转速和回油压力，减少润滑油初始油量，有利于提高密封系统性能；b)轴向空腔存在最佳深宽比，静子腔和转子腔分别为1.5和0.2；轴向间隙相对高度越大，密封性能越好；c)轴向间隙宽度越小，径向密封齿相对啮合深度越大，润滑油泄漏量越小，但需要考虑结构热膨胀变形和制造安装精度；d)回油孔直径越大，数目越多，密封系统性能越好，在空间容许的前提下，优先确保回油孔数目，并靠近中心位置对称设置。
综上所述，本文开展齿轮箱内部流场、温度特性和密封系统的综合研究，探究运行工况下箱体内部润滑油和温度、压力分布规律，定量评估密封系统性能，研究成果可为箱体内部结构设计提供参考依据，以改善关键区域的供油、优化密封系统的结构设计。