液黏离合器油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响分析

合理确定油槽的结构参数能有效地改善摩擦副间流体的流场特性和油膜剪切摩擦转矩性能。为了揭示摩擦副油槽结构对油膜剪切转矩的影响,以双圆弧油槽为研究对象,建立了集油槽结构参数化设计、流场数值模拟与试验设计方法(DOE)为一体的油槽结构参数影响分析平台。重点分析了液黏离合器摩擦副双圆弧油槽宽度、油槽对数、偏心距与内圈偏心圆直径对油膜剪切转矩的影响,并探究了各个参数的敏感性。结果表明,液黏离合器油膜剪切转矩随着摩擦副油槽宽度、油槽对数及内圈偏心圆直径的增大而增大,随着偏心距的增大而减小。摩擦副油槽宽度与内圈偏心圆直径是影响液黏离合器油膜剪切转矩的敏感参数。     

湿式离合器摩擦片分离起始阶段油膜承载能力仿真研究

为研究湿式离合器摩擦片分离起始状态油膜承载力,建立了固定摩擦副间隙的油膜承载力模型,采用有限元方法求解了摩擦副间油膜压力分布,对比分析了无油槽摩擦副与径向槽摩擦副间的油膜承载力。通过对不同结构参数油槽的油膜承载力的仿真计算,研究了油槽深度、个数和槽占比对承载力的影响,得出了提高承载力的油槽合理结构参数,为合理选择摩擦片的结构设计提供理论依据。     

油槽倾斜对行星轮轴向支承润滑特性分析*

构造轴向支承油槽的深度描述函数,引入油槽槽边倾斜角和槽底倾斜角2个槽型控制参数;基于不可压缩Reynolds控制方程,并考虑润滑油的温升,采用有限控制体积法求解流场压力分布,分析油槽槽边倾斜角和槽底倾斜角对润滑特性的影响。结果表明：槽边倾斜角度对润滑特性的影响较复杂,槽边倾斜角度为0°时,润滑油膜的温升较小,可以获得较大的油膜承载力;槽底倾斜角度对油膜承载力、流量和温升的影响较大,但对摩擦功率影响较小;槽底向外径倾斜角度越大,行星轮端面间流量越大,油膜的温升越小,油膜的承载力越大。     

机械密封端面T形槽液膜压力脉动特性分析

针对机械密封端面液膜流场的压力脉动,以机械密封端面T形槽液膜为研究对象,进行了机械密封摩擦副端面液膜微尺度区域的压力脉动特性分析。基于流体润滑理论,建立了机械密封端面T形槽三维液膜模型。求解端面液膜流体雷诺方程,计算分析了不同工况下端面液膜的压力脉动特性和频谱特性,探讨了端面流场压力周期性变化的影响因素。结果表明:在不同转速下机械密封端面液膜流场压力均呈现周期性脉动,压力脉动的振幅沿T形槽槽区径向方向增大;端面液膜的开启力受到槽区和非槽区动静干涉的影响;端面液膜流场压力脉动受到主轴转速和槽数的影响。     

油槽倾斜对行星轮轴向支承润滑特性的影响

构造轴向支承油槽的深度描述函数,引入油槽槽边倾斜角和槽底倾斜角2个槽型控制参数;基于不可压缩Reynolds控制方程,并考虑润滑油的温升,采用有限控制体积法求解流场压力分布,分析油槽槽边倾斜角和槽底倾斜角对润滑特性的影响。结果表明:槽边倾斜角度对润滑特性的影响较复杂,槽边倾斜角度为0°时,润滑油膜的温升较小,可以获得较大的油膜承载力;槽底倾斜角度对油膜承载力、流量和温升的影响较大,但对摩擦功率影响较小;槽底向外径倾斜角度越大,行星轮端面间流量越大,油膜的温升越小,油膜的承载力越大。     

液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象,考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力,基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程,利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s,额定输出转速45 r/min,启动过程遵循S形曲线变化时,油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小,并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小,且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大,启动时油膜越薄,摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件,同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。     

液黏传动摩擦副流固耦合传热分析

为探求液黏传动在充满工作油的流体阶段摩擦副温度分布情况,建立薄盘结构摩擦副热流固耦合模型,采用计算机流体仿真软件FLUENT对径向槽摩擦副进行数值模拟,得到摩擦副的温度云图。通过搭建液黏传动装置试验台,测得径向油槽摩擦副间油膜温度分布数据。结果表明:在径向方向上,随半径的增加,摩擦副温度逐渐增加且沟槽处温度低于无沟槽处;在圆周方向上,相同半径处摩擦副的沟槽区比无沟槽区温度高,表明沟槽可以有效地降低工作油的升温;在纯油膜阶段摩擦片升温明显高于对偶片升温。有限元分析和实验研究结果趋势基本一致,验证了理论分析的可靠性。     

考虑空化效应的液黏离合器带排转矩特性分析

为了准确预测液黏离合器内部流场及带排转矩特性,以双圆弧槽摩擦副间隙流场为研究对象,基于流体动力学原理以及牛顿内摩擦定律,建立了考虑空化效应的两相流CFD数学模型,并运用FLUENT软件对流体域进行数值模拟,对比研究空化效应下不同转速、进油压力以及油膜厚度对流场分布、压力分布及带排转矩特性的影响。结果表明,速度分布具有不均匀性,与旋转方向一致的沟槽流体速度较高,且具有导流作用;空化发生在沟槽交叉部位,转速越高,膜厚越大,其空化现象越显著;高压区域发生在入口处,压力随着径向呈现递减趋势,在外径边缘处产生负压效应,承载力随着转速近似线性关系;转速越大,剪切应力提升越明显,当转速ω(1 400~1 600)r/min时,带排转矩随着转速近似线性关系,当达到某一峰值后又缓慢降低;随着油膜厚度减小,带排转矩有所提升,其峰值点对应的速度有所提高。     

液黏调速器摩擦副油膜特性实验装置研究

为进一步研究液黏调速器摩擦副油膜流场的动力学特性,研制了一台用于模拟摩擦副油膜流场的实验装置,并设计了相应的实验数据采集系统和油膜厚度闭环控制系统。该装置采用液压系统、变频电机以及旋转液压缸机构,使得主动摩擦片转速和油膜厚度均可调,从而可以对不同转速和油膜厚度条件下的流场进行实验研究。采用该实验装置模拟了一定条件下的油膜流场,并采集了该流场中若干点的压力和温度数据。     

双圆弧槽液黏调速离合器摩擦副间流体空化效应分析

以摩擦片为双圆弧槽的液黏调速离合器为研究对象,运用Fluent流体分析软件对离合器一对摩擦副间的油液流体空化效应进行数值计算,分析了转速、油液黏度对油液空化区域的影响及空化前后油膜承载力的变化。结果表明,空化区域形状呈现为"竖直长条状",空穴产生分布最先出现在半径方向外侧,且沿半径增大方向更显著;减小转速及油液黏度可以有效减缓空化;油槽深度越大及油槽数目越多,油液含气率越小;确定油槽深度大于0.3 mm和油槽数目大于45为最佳;空化效应影响摩擦副的性能,减小了油膜承载力;随槽深增大、油槽数目减小,空化现象对油膜承载力的影响更为显著。     

Mathematical model and experiment validation of fluid torque by shear stress under influence of fluid temperature in hydro-viscous clutch

The current design of hydro-viscous clutch（HVC） in tracked vehicle fan transmission mainly focuses on high-speed and high power. However, the fluid torque under the influence of fluid temperature can not be predicted accurately by conventional mathematical model or experimental research. In order to validate the fluid torque of HVC by taking the viscosity-temperature characteristic of fluid into account, the test rig is designed. The outlet oil temperature is measured and fitted with different rotation speed, oil film thickness, oil flow rate, and inlet oil temperature. Meanwhile, the film torque can be obtained. Based on Navier-Stokes equations and the continuity equation, the mathematical model of fluid torque is proposed in cylindrical coordinate. Iterative method is employed to solve the equations. The radial and tangential speed distribution, radial pressure distribution and theoretical flow rate are determined and analyzed. The models of equivalent radius and fluid torque of friction pairs are introduced. The experimental and theoretical results indicate that tangential speed distribution is mainly determined by the relative rotating speed between the friction plate and the separator disc. However, the radial speed distribution and pressure distribution are dominated by pressure difference at the lower rotating speed. The oil film fills the clearance and the film torque increases with increasing rotating speed. However, when the speed reaches a certain value, the centrifugal force will play an important role on the fluid distribution. The pressure is negative at the outer radius when inlet flow rate is less than theoretical flow, so the film starts to shrink which decreases the film torque sharply. The theoretical fluid torque has good agreement with the experimental data. This research proposes a new fluid torque mathematical model which may predict the film torque under the influence of temperature more accurately.     

锁止离合器液粘传动机理分析

液粘传动是利用主动和从动摩擦片间的油膜剪切力来传递运动和转矩,实现无级变速和同步运行的一种新型传动装置.本文运用流体动力润滑理论,对锁止离合器液粘油膜传动机理进行了理论分析,建立了带径向油槽摩擦片间油膜传动的数字模型,得到了油槽数目、深度、宽度对液粘传动性能的影响;并考虑油液离心力对传动性能的影响;获得了锁止离合器油膜温度场的分布.     

应用铜基粉末冶金摩擦片的粘液传动的承载能力分析

铜基摩擦材料已经在各种机械和工业车辆的离合器和制动器的摩擦衬面中广泛应用,根据表明,湿式摩擦式的性能对动摩擦系数和承载能力有很大的影响。粘液传动是利用主动和从动摩擦片间的油膜剪力来传递运动和转矩实现无级变速的一种新型传动。本文将着重讨论采用带油槽的铜基粉末冶金摩擦力的粘液传动的传动机理,分析摩擦片间油膜的承截能力,并进一步讨论油槽深度和油槽数目对承载能力的影响。     

新型动静压差速转台无负压条件下油膜温升特性

新型动静压转台运转过程中,静压腔外槽区可能出现负压使得动压油楔供油不足,影响油膜温升特性分析的准确性。为准确研究转台油膜的温升特性,通过FLUENT计算不同供油压力条件下,不同油膜厚度在静压腔外槽区不产生负压时对应的最大转速,并利用MATLAB拟合出相应的最大转速-膜厚曲线,得出随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜在静压腔外槽区不产生负压时所能达到的最大转速均逐渐增大的结论。在保证对动压螺旋油楔供油条件下,研究转速、供油压力和油膜厚度对油膜温升特性的影响。结果表明:转速对油膜温升的影响较明显,随着转速的升高油膜温度逐渐升高;随着油膜厚度和供油压力的增大,油膜温度逐渐减小,而且油膜厚度和供油压力越大,低转速时油膜温升越不明显。     

湿式摩擦副滑摩过程摩擦热计算

针对湿式离合器摩擦副的结构特点,研究离合器摩擦副表面粗糙接触情况,改进平均流量模型,建立修正的雷诺方程用于计算滑摩过程中油膜压力和油膜厚度的变化规律。采用Greenwood-Tripp接触模型,建立摩擦副摩擦热方程,模拟湿式摩擦副在滑摩过程中油膜厚度、相对滑摩转速、接合油压以及摩擦转矩变化规律,对摩擦副滑摩过程中微凸体和油膜剪切作用产生的摩擦热进行分析,得到它们径向呈线性和抛物线的分布规律,讨论接合油压和相对滑摩转速对微凸体和油膜剪切作用产生摩擦热的影响,并通过钢片的温度场实验对模拟结果加以验证。研究表明:接合油压越大,单位时间内微凸体和油膜剪切作用产生的摩擦热越大,单位时间产生摩擦热峰值的时间越提前;相对转速差越大,微凸体在滑摩过程中单位时间产生的摩擦热越大,油膜则与之相反,且相对转速的变化对单位时间产生摩擦热峰值的时间无影响。     

内圆弧槽机械密封液膜流场特性分析

以内圆弧槽流体动压型机械密封为研究对象,建立了动静环端面间液膜的三维模型,运用计算流体动力学理论和有限体积法对端面间液膜的流场特性和装置的密封性能进行了模拟和数值分析。对处于不同工况、不同密封介质条件下的液膜流场,得到了其压力、泄漏量、开启力和摩擦扭矩的变化规律及相互影响关系。结果表明:圆弧槽能够产生明显的动压效应,动压效应的大小与动环转速呈正比;液膜的压力沿径向由内径到外径逐次降低;泄露量的大小随动环转速或介质压力的增大而增大;开启力的大小与动环端面的总压力具有相似的变化规律。     

液粘传动摩擦副间油膜温度分布特性研究

为了研究摩擦副间油膜温度的分布情况,利用Fluent流体仿真软件分别对径向槽和方格槽油膜进行数值模拟仿真,得到了油膜温度云图。通过搭建液粘传动装置实验台,测得径向槽和方格槽摩擦副间油膜的温度分布数据。得出如下结论:随着摩擦片半径的增大,油膜温度也会不断增高;有沟槽区比无沟槽区油膜温度低,说明沟槽可以降低油膜温度。仿真结果与实验结果基本一致,验证了理论分析的可靠性。     

考虑摩擦副接触应力场和冷却流场的湿式离合器温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的摩擦特性和热失效具有重要影响。为了获取湿式离合器温度场的分布规律,建立摩擦副接触应力分布有限元模型和摩擦片沟槽内冷却流场数值计算模型,获得了摩擦副接触应力随离合器接合油压的变化规律和冷却流场对流换热随离合器转速的变化规律。在此基础上,提出考虑离合器摩擦副接触应力分布时变特性和冷却流场分布时变特性的离合器温度场数值计算模型。将所建温度场模型的仿真结果与试验结果作对比,验证了所建温度场模型的正确性。通过计算获得了湿式离合器接合过程中不同钢片在半径和厚度方向的温度分布规律,揭示了摩擦副接触应力场和摩擦片沟槽内冷却流场对离合器温度场的影响规律。结果表明,在离合器摩擦副半径方向上,摩擦副的温度分布规律与接触应力分布规律相一致。而摩擦片沟槽内冷却流场的对流换热主要影响离合器同步阶段的温度分布。