湿式离合器接合过程油膜厚度和转矩仿真

湿式离合器的接合过程直接影响离合器的使用寿命及其工作性能。基于流体力学理论以及粗糙表面的弹性接触理论,建立了湿式离合器接合过程中油膜厚度和传递转矩的数学模型,利用Runge-Kutta数值积分法对数学模型进行耦合求解,得到控制油压、润滑油黏度以及摩擦材料渗透性对油膜厚度和离合器传递转矩的影响规律。结果表明:提高控制油压能够有效提升离合器接合过程中的传递转矩,并且能够缩短离合器的接合时间;随着润滑油黏度的增大或摩擦材料渗透性的减小,离合器接合过程中传递扭矩的响应速度变慢,这将会延长离合器的接合时间;润滑油黏度和摩擦材料渗透性对离合器接合过程的挤压和压紧阶段传递的转矩影响较大,但对粗糙接触阶段传递的转矩影响较小。     

基于改进平均流量模型的离合器接合特性仿真

针对液力机械变速器湿式多片离合器的结构特点,研究了离合器摩擦副表面粗糙接触、摩擦材料的可渗透性和润滑油液的离心力,改进了平均流量模型,建立了修正的雷诺方程用于计算接合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,建立了单摩擦副承载力方程和转矩方程。通过研究摩擦片和对偶钢片相对滑动产生的摩擦热以及润滑油对摩擦副的冷却作用,获得了被动摩擦片的角速度、油膜厚度以及摩擦转矩等离合器接合过程工作特性的变化规律。最后,仿真分析了摩擦副的工作参数和材料特性对接合转矩的影响规律。     

考虑界面接触状态的湿式离合器扭矩特性

为提升重型车辆传动系统中湿式离合器可靠性及使用寿命,建立了考虑界面接触状态的湿式离合器扭矩模型,通过模型研究了不同参数对离合器扭矩特性的影响规律。首先,对湿式离合器进行仿真模拟,增加界面接触状态参数,搭建湿式离合器充油模型与结合模型。其次,基于SAE#2试验台开展湿式离合器扭矩试验,将仿真获得的结果与离合器试验数据进行对比,验证了仿真模型的有效性。最后,结合模型研究了油压、油温和碟形量对湿式离合器扭矩特性的影响规律。结果表明:考虑了界面接触状态的模型相较于传统模型具有更高的准确性,提高了22.30%;随着控制油压的减小,离合器的总扭矩降低,当压力从1.5 MPa减小到1.0 MPa时,扭矩峰值降低了22.38%,同时制动时间延长了46.05%;润滑油温度对离合器的黏性转矩和摩擦扭矩都具有一定程度的影响,温度越高,黏性转矩越小,摩擦扭矩越大,整体制动时间稍有减小;摩擦片碟形量对离合器扭矩的影响主要体现在扭矩产生时间,碟形量的增加会导致离合器制动时间增加。     

面齿轮等温点接触弹流润滑分析

建立面齿轮等温点接触弹流润滑模型,通过F O R T R A N语言编程计算面齿轮的油膜厚度和压力;分析小齿轮转速、面齿轮所受载荷和润滑油黏度对面齿轮润滑特性的影响。研究结果表明:转速和润滑油黏度越大,油膜厚度也越大,而载荷越大油膜厚度越小;二次压力峰随转速和润滑油黏度的增大而越明显,但随载荷的增大而趋于消失。     

湿式离合器接合压力对接合特性的影响研究

通过分析湿式离合器的接合过程,应用一维平均雷诺方程和粗糙表面弹性接触模型建立湿式离合器接合过程数学模型。利用龙格-库塔数值方法对接合过程数学模型进行求解,研究湿式离合器接合压力对接合过程中黏性转矩、粗糙摩擦转矩及传递转矩的变化规律。仿真结果表明:接合压力上升越慢,其产生的黏性转矩、粗糙摩擦转矩及传递转矩响应越慢;接合压力上升特性对黏性转矩和粗糙摩擦转矩的峰值影响较小,对黏性转矩总体变化趋势影响也较小,但对粗糙摩擦转矩和传递转矩总体变化趋势影响较大。     

搅拌式风力致热性能研究

搭建了搅拌式风力致热实验装置,进行风力搅拌致热实验,通过动态扭矩测试仪和数据采集仪记录了启动阶段及致热过程的相关数据。结果表明,启动扭矩受搅拌转速影响,转速越快,启动扭矩越大;在不考虑能量损失的理想状态下,特定时间范围内,搅拌时间越长温升越高;特定转速范围内,搅拌转速越快,搅拌介质温升速率越大。     

同步器同步机理建模与结构影响因素分析

针对同步器结合过程,利用平均雷诺方程和微凸体摩擦原理,建立了油膜压力、微凸体接触力、同步环轴向力、同步力矩4个数学模型,运用4-Runge-Kutta法对油膜厚度和转速差进行耦合数值求解,分析了同步器结合过程油膜厚度、转速差、粘性剪切转矩、粗糙摩擦转矩以及总转矩的变化规律.对同步器结合过程数学模型进行试验验证后,利用所建模型研究了同步环宽度、同步环半径、摩擦锥角以及摩擦材料厚度等因素对同步器结合过程的影响规律.结果表明:同步环宽度增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率减缓,粗糙接触转矩响应延迟,同步时间增加;同步环半径增大,粘性转矩和粗糙接触转矩增大,油膜厚度下降速率加快,同步时间缩短;同步环摩擦锥角增大,粘性转矩增大,粗糙接触转矩减小,转速差下降速率变缓,同步时间增加;摩擦材料厚度增大,粗糙接触转矩相应加快,油膜厚度下降速率增大,最小油膜厚度减小,同步时间缩短.     

湿式离合器接合过程中的热弹性稳定性

针对湿式离合器接合过程中的局部高温区及影响因素,利用热弹性不稳定性理论(TEI)进行了理论建模与分析。模型中考虑了材料表面粗糙度和混合润滑对摩擦副温度和压力的影响,分析了混合润滑状态下润滑区域与接触区域的比例以及油膜剪切热量与摩擦热量的比例。为了准确测量材料表面粗糙度,设计台架试验,利用表面形貌仪测试了对偶片表面形貌,分析了粗糙度在离合器不同使用阶段的变化规律。结果表明,当离合器接合转速超过临界值时,温度场分布出现明显的波动,高、低温区间隔分布。同时,指出了离合器摩擦材料参数(导热性、弹性)与结构参数(对偶片厚度)对稳定性的影响。     

基于黏性耦合机理的TBM刀盘脱困特性

针对全断面硬岩掘进机(TBM)在实际工程应用中的卡机问题,对比分析现有TBM刀盘驱动系统的优缺点,设计基于液体黏性离合器(HVC)的新型TBM刀盘驱动方案,可实现在不增加系统装机功率的前提下提升TBM脱困扭矩.针对TBM脱困过程的发热问题,设计液体黏性离合器的油温冷却系统.根据油膜承载力及湿式离合器模型,构建液体黏性离合器的AMESim模型.基于新型TBM刀盘驱动系统仿真模型,研究黏性耦合作用下的TBM刀盘脱困机理,得到温升、离合器油膜厚度控制因素对TBM脱困性能的影响规律,提出电液比例溢流阀的控制策略.结果表明:通过优化设计油膜厚度控制曲线,可以实现脱困扭矩为2倍额定扭矩,持续时间长达79s的扭矩曲线,较好地满足TBM脱困对于脱困扭矩大、持续时间长的工程需求.     

混合润滑状态下齿轮接触刚度

为研究混合润滑状态下齿轮的接触刚度,提出了一种计算齿轮接触刚度的方法。首先计算出齿轮啮合过程中运动参数和受力情况,然后采用混合弹流润滑方法求解得到不同时刻粗糙齿面啮合处的膜厚与压力分布,将结果代入接触刚度计算式,得到不同时刻齿轮啮合的接触刚度。讨论了不同工况对齿轮啮合接触刚度的影响,并将光滑表面接触刚度与粗糙表面接触刚度进行了对比。结果表明:转速和载荷对接触刚度影响很大,速度越快,接触刚度越小;载荷越大,接触刚度越大。     

螺旋槽干气密封润滑气膜摩擦系数的规律探寻

高参数工况下的气膜摩擦力对干气密封性能的影响不可忽视。基于密封系统和动静环的结构特点,建立了润滑气膜计算域模型,使用ICEM划分网格,采用Fluent软件数值模拟获得气膜压力分布和速度分布,最后通过牛顿内摩擦定律计算得到润滑气膜摩擦系数。结果表明,槽型参数不变,润滑气膜摩擦系数随转速的增大而增大,随介质压力及平均气膜厚度的增大而减小;工况参数不变,气膜摩擦系数随根径的增大而增大,随槽数及槽深的增大而减小,且在75°~76°螺旋角范围内较为稳定。     

分形粗糙面的主轴承弹流脂润滑分析

为探究弹性流体动压润滑(弹流润滑)状态下RV减速器主轴承接触表面之间的润滑特性,基于润滑脂的非牛顿特性以及粗糙表面分形理论,提出一种主轴承的点接触弹流脂润滑数值模型。首先,对该模型进行数值求解,得到脂膜压力、脂膜厚度的分布规律;然后,将其分别与其他点接触弹流润滑模型的数值结果和实验结果进行对比,验证了所建模型的正确性;最后,分析了主轴承表面光滑和粗糙状态下流变指数、分形维数、卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对润滑性能的影响。结果表明:润滑脂的非牛顿性越明显,脂膜厚度越小且颈缩现象愈加不明显,接触区附近脂膜压力越符合赫兹压力分布,二次压力峰逐渐消失;考虑主轴承分形粗糙表面的弹流润滑特征更切合实际,增大分形维数,接触区真实接触面积增大,有利于降低脂膜压力,增加脂膜厚度;卷吸速度、载荷和润滑脂黏度对脂膜厚度分布的影响显著,对脂膜压力分布的影响较小;脂膜厚度以及最小膜厚越大,主轴承接触区脂膜不易破坏且越容易形成动压润滑。     

铜基粉末冶金摩擦材料调速制动摩擦系数试验

为得到速度和压力边界条件在摩擦元件接合过程中对摩擦特性的影响机制,设计一种变速滑摩的方法,针对径向槽、双圆弧槽和螺旋槽3种沟槽形式,通过不同工况摩滑过程和闭锁过程的摩擦系数试验数据分析,获得了摩擦系数随滑摩速度及压力载荷变化的特性．试验结果表明,变速滑摩试验可以很好地体现摩擦元件制动过程中的流体动力效应、边界摩擦效应和粘附闭锁效应;沟槽形式一定程度上影响摩擦系数随速度的变化趋势,静摩擦系数随载荷的增大而减小最后趋于稳定;在不同载荷条件下,摩擦系数对速度边界的敏感程度存在差异;变速过程静动比分析结果表明,Cu基粉末冶金摩擦材料适合在重载条件下工作,而且双圆弧沟槽摩擦元件的接合平顺性更好．     

Mechanism of hydro-viscous soft start of belt conveyor

The mechanism of a hydro-viscous soft start is of great importance in the design of a hydro-viscous clutch and its control system. To explain the mechanism of a hydro-viscous soft start, the startup process of a belt conveyor was numerically analyzed with the modified Reynolds equation, an energy equation and a temperature-viscosity equation. The effect of temperature and grooves of the friction disk surface on torque transfer and load capacity of the oil film have also been analyzed. The results show that 1) the grooves are the basis of forming dynamic pressure but they may reduce the capacity of torque transfer to a certain extent,2) during the startup process, temperature has little effect on torque transfer and load capacity and the variation in load capacity of the oil film is very small, indicating that it is preferable to use the flow rate as a control object than the pressure of the feed cylinder.The results have been verified by an experiment.     

任意卷吸速度矢量点接触摩擦系数简化计算方法

针对弧齿锥齿轮和准双曲面齿轮传动的空间点接触摩擦系数求解复杂问题,考虑油膜入口区温升与中心油膜厚度以及接触区温升与摩擦系数间的耦合关系,提出任意卷吸速度矢量点接触的摩擦系数简化计算方法. 基于所提方法分析在不同工况下的点接触中心油膜厚度和摩擦系数,并将油膜厚度和摩擦系数与文献实验数据进行对比. 结果表明：在高速工况下,入口区温升和接触区温升显著,忽略温升影响将使油膜厚度和摩擦系数预测结果偏大;卷吸速度夹角对油膜厚度影响较大,对摩擦系数影响相对较小;在任意卷吸速度夹角工况下,点接触油膜厚度和摩擦系数预测结果与文献实验结果一致,验证摩擦系数简化计算方法的可靠性.     

Drag Characteristics Prediction for Wet Multi-Disk Brakes

To improve the characteristics of wet multi-disc brakes (WMDBs), the WMDBs of the drive axles of mining trucks were studied. A model was established to predict the phenomenon of drag characteristics during wet brake non-engagement by considering the combined effect of surface grooves, film shrinkage, and laminar Navier-Stokes (N-S) equations. The model was used to study drag torque and temperature variation of the wet brakes for different volume flows, dynamic viscosities, and friction pair clearances. The simulation results indicated that the peak torque decreased when the clearance of the friction pair increased. Additionally, the peak torque increased when the volume flow increased and when the cooling liquid dynamic viscosity increased. The model was more accurate than a traditional forecasting system when considering the role of surface grooves and oil film shrinkage in actual working conditions.     

液黏调速离合器油槽结构参数优化设计

为了减小液黏调速离合器的带排转矩,降低摩擦副的空载功率损失,以双圆弧油槽摩擦副为研究对象,建立基于计算流体动力学流场数值分析、实验设计方法、响应曲面法及数值优化算法为一体的液黏调速离合器摩擦副集成优化设计平台.分析液黏调速离合器摩擦副油槽参数对带排转矩的影响,对结构参数进行优化设计.结果表明：随着油槽宽度和油槽深度的增大,液黏调速离合器转矩均呈现下降的趋势,但是随着油槽数目的增多,液黏调速离合器转矩呈现单调上升的趋势.优化后,减小了液黏调速离合器的带排转矩,提高了发动机的实际输出功率.     

粗糙金属表面接触的压力场和温度场

在研究金属表面的摩擦、磨损、边界膜成膜、疲劳及胶合等机理时,有必要搞清粗糙金属表面接触的压力场,温度场及应力场。过去人们在计算表面接触性能(压力场、温度场及应力场)时,往往忽略微凸体之间的相互影响,这在边界摩擦与干摩擦状况下与实际有较大差异。本文用一种新方法在考虑了微凸体之间互相影响的基础上,计算了弹性粗糙平面滑块与刚性光滑平面接触的压力场和温度场。这为进一步计算等温应力与热应力场打下了基础,也为研究边界膜成膜,磨损及表面胶合机理提供了一定的理论依据。