材料匹配性对盘式制动器摩擦温度场的影响

采用有限元法模拟盘式制动器制动过程瞬态温度场,研究了材料匹配性对制动器温度场的影响.研究表明:匹配性对摩擦表面温度场的影响主要反映在材料密度、比热容和热导率方面,即使同类铸铁制动盘,其材料密度、比热容和热导率不同,摩擦表面温度也不同;铸铁材料密度越低,则摩擦表面温度越低,且温度分布较均匀;就配对副而言,制动片性能参数对摩擦表面温度的贡献要比制动盘的大.     

制动器摩擦片材料热物性参数对其温度场的影响

采用 Abaqus模拟盘式制动器制动过程的三维瞬态温度场,研究摩擦片材料的比热容和导热系数对其制动过程中温度分布的影响。结果表明：增大摩擦片材料导热系数可以降低摩擦片的轴向和径向温度梯度,但会增大摩擦面瞬时最高温度;增大摩擦片材料的比热容对降低摩擦面瞬时最高温度效果较好,但会增大摩擦材料轴向和径向的温度梯度;和导热系数相比,比热容变化对摩擦片瞬时最高温度的影响更为显著;同时增大比热容和导热系数可以达到既降低瞬时最高温度又减小轴向和径向温度梯度的作用。     

油封温度场的数值模拟与实验研究

利用有限元模拟得到油封唇口的柯西接触应力和接触宽度,并计算得到油膜厚度;建立二维轴对称CFD数值模型,考虑油封橡胶的导热和散热作用,模拟油封唇口温度场分布;通过红外测温实验对模拟结果进行验证。CFD数值模拟结果表明:生热率、唇口最高温度和油封唇口与轴表面最大温差都随轴转速增加而增加;生热率和油封唇口与轴表面最大温差随油温增加而减小,唇口最高温度随油温增加而增加;油温对油膜厚度的影响大于轴转速对油膜厚度的影响,而转速是影响唇口最高温度的最主要因素;考虑油封橡胶的导热和散热作用,能够更加真实地反应出油封的摩擦生热和散热机制。红外测温实验结果与CFD数值模拟结果的偏差小于2%,说明CFD数值模拟得到的油封温度场与实际相符。     

双粗糙面滑动摩擦热力耦合有限元分析

建立了双粗糙分形表面滑动摩擦的热力耦合模型,综合考虑了随温度变化的材料性能、材料的弹塑性变形及摩擦副的磨损失效等因素,以摩擦材料的性能参数及设定的材料损伤参数为实例对双粗糙分形表面滑动摩擦全过程的温度场、应力场及磨损进行了数值模拟,分析得到了滑动摩擦过程中摩擦界面最高接触温度、接触应力的分布、磨损率及其变化规律,实现了对双粗糙面摩擦磨损情况的模拟及预测。     

基于有限单元法湿式离合器摩擦副温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的性能和寿命具有重要影响。针对某款变速箱湿式离合器的工作接合过程,以一档离合器为例,结合热分析和有限元理论分析,对摩擦生热过程中的热传导和热流密度进行分析,确定热传导边界条件和初始条件,并建立湿式摩擦副的温度分布函数,获得不同结合次数温度分布。基于ANSYS瞬态热分析模块,根据摩擦生热原理,建立摩擦副分析模型,获得工作过程中温度分布规律;对不同时间情况下,主、从片的温度分布进行分析;对比分析不同的油槽花纹与从动片尺寸对温度场的影响。对比分析结果可知:油槽花纹与其尺寸的选择对温度场分布影响较大;双圆弧形油槽综合最优;模型分析和理论分析结果的一致性验证分析方法的正确性;通过改变摩擦副材料物理属性、结构尺寸和加载条件来分析其他工况情况,进而得出不同条件下摩擦副温度分布的情况。     

计入变密度和变比热容的倾斜轴颈粗糙表面轴承润滑性能分析

计入变密度、变比热容以及轴颈倾斜等因素,对滑动轴承的热弹性流体动力润滑性能进行研究,深入分析变密度和变比热容对粗糙表面倾斜轴颈轴承热弹性流体动力润滑性能的影响。计算中,基于平均流量模型的广义Reynolds方程进行轴承的润滑分析,采用能量方程和热传导方程计算润滑油的温度场。结果表明,偏心率较大时,变密度和变比热容效应对轴颈倾斜轴承的承载力和最大油膜压力有较明显影响;计入变密度时,轴承最高油膜温度增加,摩擦功耗减小;计入变比热容时,轴承最高油膜温度减小,摩擦功耗增加;转速越高,变密度和变比热容对浮环轴承润滑性能的影响越显著;同时计入变比热容和变密度的轴承润滑参数与仅计入变比热容或仅计入变密度的润滑参数均有明显不同;间隙越小,变密度和变比热容对轴承润滑性能的影响越显著;为准确预测轴承的润滑性能,需同时考虑密度变化和比热容变化的影响。     

合金铸铁高速切削的有限元模型

提出了进行高速切削有限元模拟的过程,研究了刀屑间的摩擦和热传递等关键技术,通过高速压缩试验,获得了钼铬铸铁力学性能,建立了钼铬铸铁高速切削的有限元模型。在通过切削力试验对钼铬铸铁高速切削加工过程中的切削温度、应力分布和切屑的形成等进行了验证。分析结果表明该有限元模型可以用来进行钼铬铸铁的高速切削过程仿真,为进一步的研究提供了基础。     

高速钢热轧辊表面温度场的测定与应用

根据热轧生产过程中轧辊的实际边界条件,借助于有限元软件ANSYS建立了高速钢和高铬铸铁热轧辊温度场的数值计算模型,对其工作时的温度场进行了对比分析。结果表明:模型的计算结果与现场下机后辊面温度的实测数据比较吻合;在相同的轧制参数和冷却参数条件下,下机后高速钢轧辊表面温度高于高铬铸铁轧辊的;由于高速钢轧辊的导热率及摩擦因数较高铬铸铁的大,使其旋转一周后达到的最高温度较高铬铸铁轧辊的高65℃左右,达到582.5℃;结合现场的情况,优化了高速钢轧辊的冷却参数,可使其下机后的温度保持在65℃以下。     

固体吸附制冷吸附床数值分析及强化传热技术

建立了固体吸附制冷吸附床的物理模型和数学模型,通过数值分析得到床层温度分布及其各点温度随时间的变化情况,并分析吸附剂的物性参数、换热流体流速、温度和床层初始温度参数变化对床层温度分布的影响.结果表明,吸附剂的物性参数对床层温度分布影响显著;换热流体流速、温度和床层初始温度对床层温度影响不大,但影响换热效率和传热速率.在径向上床层温度存在着较大的温度梯度,但在轴向上温度分布比较均匀.在吸附剂的物性参数中,导热系数影响最大,其次是密度和比热容.因此为了提高传热效率,应增大吸附剂的导热系数,选取具有较小密度和比热容的吸附剂.     

超声疲劳裂纹扩展与摩擦生热研究

在高频循环载荷作用下,材料疲劳裂纹的萌生与扩展过程伴随着明显的温度变化,该温度变化反映材料内部结构的损伤特征。通过20 kHz的超声疲劳试验,研究一种碳锰钢在超高周疲劳加载条件下的内部疲劳裂纹萌生与扩展过程中温度的演化过程。通过对该材料在疲劳损伤过程中,内部裂纹间的摩擦生热机理分析,从微观角度出发,结合分形理论,建立内部裂纹微观结构的摩擦模型,数值模拟超声疲劳过程中材料内部疲劳裂纹面间的摩擦生热情况,并定量地计算该过程中由裂纹间摩擦所导致的温度上升,将模拟结果与试验结果进行比较。探究高频疲劳载荷下微裂纹扩展与摩擦生热的关系,并结合超高周疲劳裂纹扩展公式,建立超声疲劳过程中的裂纹扩展与裂纹面温度演化关系的模型。     

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。     

基于试验数据的滑动摩擦温度场仿真方法研究

建立摩擦温度场的理论计算模型,根据实时变化的摩擦因数,采用三种不同的加载过程对摩擦温度场进行仿真计算,探讨了摩擦热的产生及传导过程。试验及仿真结果表明,热流率平均加载不能体现摩擦过程中摩擦因数的变化对摩擦温度的影响,仿真时考虑接触位置的旋转半径及摩擦因数的实时变化能更准确地反映实际的摩擦温度变化。热量产生后由接触区域向四周扩散,下试样的温度梯度在接触区域正下方达到最大;同样的试验条件下,由于下试样材料热物理性质具有差异性,从而使得热传导率越高的下试样分配的热量越多,且其温度分布越均匀。      

柱塞泵配流副滑摩界面摩擦磨损及热力耦合分析

针对轴向柱塞泵配流副滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,建立配流副轴对称非稳态热传导方程,利用ABAQUS有限元软件进行配流副摩擦磨损及热力耦合特性分析,并利用端面摩擦磨损试验机进行试验验证。结果表明:在滑摩初期,相比于中低压力,高压力工况更易发生磨粒磨损;随着滑摩进行,材料表面粗糙峰被磨平,加之温度上升,材料强度下降,高转速取代高压力成为接触面温度和摩擦系数增大的主要影响因素,此时的磨损机制主要为黏着磨损;在滑摩过程中,外径出现了应力集中现象,且接触压力高于内径;转速及压力对配流副摩擦温升及磨损特性的影响是非线性的,在相同PV值下,转速比压力的影响更为显著。     

滑动干摩擦的热机理浅析

分析了在高速滑动干摩擦过程中热的产生和扩散机理、摩擦温度的测定与分析，讨论了摩擦热效应对配副材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在摩擦过程中，摩擦热的形成是显著的；由粗糙表面产生的摩擦热作用在粗糙表面进而影响粗糙表面的形貌；摩擦热是影响摩擦副摩擦性能变化的主要因素；在研制摩擦材料时应充分考虑配副材料的耐热性与散热性等物性，进行优化选材。     

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。     

Effect of external surface cooling of the plane-parallel layer on the temperature of the layer-base tribosystem

An analytical solution is obtained of the boundary-values problem of heat conductivity of the tribosystem with a plane-parallel layer sliding at a constant speed over the surface of a semifinite base. The temperature kinetics and distribution of the aluminum-steel friction pair in the layer and the base normal to the friction surface is explored.     

湿式离合器热固耦合仿真分析与试验研究

基于混合动力变速箱湿式离合器的换挡滑摩过程,考虑油液强制冷却的热对流传热,建立摩擦副热仿真模型,采用热固耦合仿真分析方法,应用Abaqus有限元软件,得到滑摩工况下摩擦副应力与温度分布。通过离合器台架温升试验验证,对比仿真与试验数据之间的误差值,验证了仿真模型的准确性。     

二维轴对称摩擦制动器瞬态热弹性失稳的研究

提出考虑摩擦层闸片厚度的影响,建立二维轴对称摩擦制动器热弹性失稳的数学模型。基于扰动分析法,推导摩擦副的温度场扰动以及不同热点分布模式下的热特征平衡方程。研究临界速度和扰动增长系数的变化规律。计算摩擦面瞬态名义温度随制动时间的变化关系。分析和比较不同摩擦副厚度比、热导率、弹性模量、比热容以及热膨胀系数对系统稳定性的影响。结果表明,当热点呈反对称分布时,系统发生热弹性失稳时所需的最低临界速度远低于对称分布模式,临界速度随扰动频率的增加呈先减小后增加的变化趋势。不同扰动频率对应的扰动增长系数随滑动速度近似呈线性增加,最低临界扰动频率对应的扰动增长系数最大。当扰动频率低于临界扰动值时,温度随扰动频率的增加而增加,反之,则降低。增加摩擦副的厚度、摩擦层闸片的热导率和比热容以及减小滑动层制动盘的热导率和热膨胀系数和摩擦层闸片的弹性模量均可以提高滑动摩擦系统的稳定性。     

新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器摩擦效率及温度场研究

针对摩擦式无级变速器摩擦生热和温度场的研究，以自行设计的新型锥齿轮-滚轮平盘式无级变速器为例，对传动过程中的滑移率、功率损失和摩擦效率进行理论研究，并用ANSYS软件对滚轮平盘摩擦生热温度场进行仿真分析。结果表明：随着转速的提高滚轮和平盘的温度上升，随着压紧力的增大，摩擦功率损失提高，摩擦效率降低；压紧力的提高，滑动速度会随之增大，产生更多摩擦热，同时也会增大接触面积，摩擦发热的面积更大，因此对温升影响更明显；新型锥齿轮滚轮-平盘式无级变速器具有较高的摩擦效率，其摩擦升温也较小。