Analysis and optimisation of windage power loss of high-speed cylindrical helical gear pair

LIU Zehao; KANG Min; FEI Xiuguo; LIU Wei

doi:10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.011

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Analysis and optimisation of windage power loss of high-speed cylindrical helical gear pair

Test·Analysis | 更新时间：2025-09-20

- Analysis and optimisation of windage power loss of high-speed cylindrical helical gear pair
- Journal of Mechanical Transmission Vol. 49, Issue 9, Pages: 85-92(2025)
- 作者机构：
  
  1.南京农业大学工学院，南京 210031
  2.南京创力传动机械有限公司，南京 211121
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.011
  CLC： TH132.41
- Received：16 May 2024，
  
  Revised：2024-10-23，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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刘泽昊，康敏，费秀国，等. 高速圆柱斜齿轮副风阻功率损失分析与优化［J］. 机械传动，2025，49（9）：85-92.

LIU Zehao，KANG Min，FEI Xiuguo，et al. Analysis and optimisation of windage power loss of high-speed cylindrical helical gear pair［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：85-92.
刘泽昊，康敏，费秀国，等. 高速圆柱斜齿轮副风阻功率损失分析与优化［J］. 机械传动，2025，49（9）：85-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.011.

LIU Zehao，KANG Min，FEI Xiuguo，et al. Analysis and optimisation of windage power loss of high-speed cylindrical helical gear pair［J］. Journal of Mechanical Transmission，2025，49（9）：85-92. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2025.09.011.

摘要

目的

为研究圆柱斜齿轮箱主动轮在1 500~2 500 r/min工况下无挡风罩以及主动轮在2 000 r/min工况下不同挡风罩参数的风阻功率损失，对箱体内速度和湍流动能云图进行了分析。

方法

基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics

CFD）方法，建立了高速圆柱斜齿轮箱简化模型；选用RNG

k-ε

湍流模型，齿轮边界采用用户自定义函数（User-Defined Function

UDF）驱动控制齿轮副转速及旋向，并采用动网格模型动态地改变计算区域内的网格结构以模拟实际工况。

结果

结果表明，齿轮转速对风阻功率损失有较大影响；齿轮挡风罩可以有效减小高速圆柱斜齿轮风阻功率损失，且径向和轴向间隙越小，优化效果越明显；但对圆柱斜齿轮副来说，过小的间隙可能会使啮合部位流场运动加剧，从而增大风阻功率损失。该研究可为工程实际应用挡风罩的设计提供参考。

Abstract

Objective

To investigate the windage power loss of the driving gear in a helical cylindrical gearbox under the working conditions of 1 500-2 500 r/min without a shroud and with different shroud parameters at 2 000 r/min

the nephograms of velocity and turbulent kinetic energy inside the gearbox were analyzed.

Methods

Based on computational fluid dynamics (CFD) method

a simplified model of a high-speed helical cylindrical gearbox was established. The RNG

k-ε

turbulence model was adopted

and the gear boundary was driven by a user-defi

ned function (UDF) to control the rotational speed and direction of the gear pair. The dynamic mesh model was used to dynamically modify the mesh structure in the computational domain for simulating actual working conditions.

Results

The results show that the gear rotational speed has a significant impact on windage power loss. The gear shroud can effectively reduce the windage power loss of high-speed helical cylindrical gears

and the smaller the radial and axial clearances

the more remarkable the optimisation effect. However

for helical cylindrical gear pairs

excessively small clearances may aggravate the flow field motion in the meshing area

thereby increasing the windage power loss. This study provides reference for the design of shrouds in engineering applications.

关键词

Keywords

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