Numerical and Experimental Studies of a Wet Multidisc Clutch on Temperature and Stress Fields Excited by the Concentrated Load

The outer circlip constraint is a typical way for a wet multidisc clutch to limit the axial displacement of friction components. The pressure transmission mechanism in a clutch, excited by the concentrated reactive force of the outer circlip, is revealed by a simplified pressure calculation model. Moreover, a finite element model is constructed to investigate the contact pressure distributions on friction surfaces. Thermal analysis to determine the radial temperature distributions on friction surfaces is performed numerically. The computational results indicate that the concentrated reactive force contributes to the dissimilar distributions of the contact pressure along the radial and axial directions. The radial contact pressure considerably affects the temperature fields on friction surfaces, which is verified effectively by bench tests under the creeping condition. Both simulation and experimental results demonstrate that the outer circlip is identified to be one of the main reasons for the expansion of the radial temperature difference. In order to smooth the contact pressure in the radial direction, three new designs for a circlip are proposed, including an inner circlip, medial circlip, and both inner and outer circlips. Considering the utility and feasibility of the four cases, the design with both the inner and outer circlips is the most appropriate one.     

Thermodynamic Differences of Different Friction Pairs in a Multidisc Clutch Caused by Spline Friction: Numerical Simulation and Experimental Verification

Abstract

Considering the spline friction, the dynamic model of a multidisc clutch is established that permits the calculation of the contact pressure and friction torque acting at each friction surface; the thermal model is then developed to investigate the temperature difference between different friction pairs. The corresponding test bench is established, where the effect of inertia on the torque error is analyzed in detail. The simulated and measured results are compared to validate the numerical model and confirm the existence of spline friction. The results indicate that spline friction can lead to the attenuation of contact pressure on friction pairs along the axial direction. Therefore, there exists a significant temperature gradient in the axial direction, and the maximum temperature appears in the second separate plate near the piston. Moreover, the friction torque of a single pair decreases along the axial direction. Thus, as the number of friction pair increases, the total friction torque increases nonlinearly, and the average torque of single friction pair decreases gradually.     

材料匹配性对盘式制动器接触应力分布的影响

通过有限元方法分析了盘式制动器接触应力分布状况,研究了材料匹配性对摩擦副接触应力分布的影响.结果表明:弹性模量和热膨胀系数是影响制动器接触应力分布的重要因数,在不影响其它参数的情况下适当降低摩擦片的弹性模量可以使接触应力降低,并且使其分布更为平均,较小的热膨胀系数也有利于改善接触应力分布状况;摩擦副热流参数则通过影响整体热流输入影响制动器接触应力,同时较大的比热容和热传导系数能有效降低接触应力的不均匀性.     

自润滑活塞环的压力分布及摩擦热研究

活塞环是高压无油压缩机中的重要易损件,而活塞环间的压力分布和活塞环与气缸间的摩擦热是影响其寿命的两个最主要因素。建立了活塞环间压力分布的数学模型,揭示了活塞环非均匀磨损的机理;同时搭建了试验台,通过动态压力传感器测量了活塞环间的压力分布,验证了理论模型。研究结果表明,活塞环开口间隙相同时,各环间压力分布严重不均,第一道活塞环承受75%以上的压差,这是引起不均匀磨损从而导致快速失效的根源;通过设计不同切口大小的活塞环等措施,可以使各环间压力分布均匀化,提高环组寿命。影响活塞环寿命的另一个因素是由摩擦热引起的高温,通过有限元方法研究了活塞环与气缸间的摩擦热生成和传递过程。     

油气润滑角接触球轴承腔内空气压力分布数值分析

基于轴承腔内油气两相流流动模型,采用VOF方法和MRF模型对高速角接触球轴承腔内油气两相流的流动情况进行数值计算,重点分析轴承腔内和滚珠表面的压力分布,以及转速、初始空气压力等参数对压力分布的影响。结果表明:轴承腔内的压力因滚珠与保持架的搅动作用,整体处于负值,并且在局部区域形成漩涡;随着转速的增加,腔内压力在负方向上逐渐增大,内外圈之间的压差也随之增大;沿着滚珠自旋方向,压力在负方向上逐渐增大,到滚珠与内圈接触点附近达到最大值,这有利于将润滑油吸附到滚珠表面,从而得到更好的润滑效果;初始压力越大,腔内压力在数值上也越大,分布不均匀性程度随之加剧,初始压力的选取对轴承润滑有很大影响。     

水力旋流器压降及压力分布特性的数值模拟

利用数值模拟技术，研究了水力旋流器内的压降及压力分布特性，计算得到的各种旋流管的压降结果和实测值吻合较好，其相对误差不超过15％，径向压力梯度的计算结果表明：圆筒段不利于分离；大锥段有利于油滴向轴心方向运移，尾直管是油滴向轴心移动的低效区。旋流管各段压降所占比例基本上不随流量变化而变化，其中圆筒段最小，小锥段最大，尾笔段稍大于大锥段。     

滚珠丝杠副载荷分布与轴向刚度分析

基于赫兹接触理论,建立了相邻滚珠间接触变形的相互关系,并考虑滚珠丝杠副支承形式、载荷条件和螺母间相互耦合的影响,建立单螺母和双螺母滚珠载荷分布的数学模型,以双螺母垫片预紧滚珠丝杠副为例进行了计算和分析。研究结果表明不同支承形式和载荷条件下的滚珠载荷分布不同,并给出了根据轴向载荷的大小和方向确定支承形式和轴向载荷作用点的方法。     

基于压力分布模式的液压阀空化噪声评价

比较Oshima和Ichikawa由液压锥阀实验所得空化噪声变化和阀座上的压力分布曲线,提出基于压力分布模式评价液压锥阀空化噪声的方法。对实验所用液压锥阀进行CFD解析,得到阀座上的压力分布曲线,与实验所得噪声曲线相比较,找到评价节流口噪声的3种压力分布模式。对带V形节流口的液压滑阀流入和流出两种流动状态进行CFD解析,验证了压力分布模式评价方法在滑阀空化噪声评价中的可行性。     

一种测牙齿压力分布的测量系统

介绍了一种能测牙齿咬合力大小与分布的测量系统;利用导电橡胶的压阻特性设计了一测力传感器阵列,叙述了传感器阵列的结构和制造方法,设计了调理电路,数据采集卡采用USB-6009;软件以LabVIEW为平台,设计了数据采集模块、分析处理与显示模块。通过实验,验证了系统的可行性。     

体压分布的指标

提出表征体压分布的８个指标，它们是：最大压力、平均压力、最大压力梯度、平均压力梯度、不对称系数、纵向压力分布曲线、纵向力矩分布曲线、侧倾稳定性系数，结合座椅的舒适性对其物理意义进行了初步分析，并试验了座椅舒适性主客观评价的相关关系。     

轧机压下螺纹副承载特性测试研究

依据相似准则，制作3500mm中厚板轧机电动压下传动螺纹副1／3的测试模型，采用电测法获取悬臂螺牙弯曲应变值，模拟实际轧制力和过平衡力作用下螺纹副螺牙各层载荷大小及分布。螺纹副测试结果和边界元、有限元法数值计算结果相比，螺牙层载荷大小和分布规律基本吻合，证明电测法可行、直观且可靠。通过测定数据，证实了轻重两种载荷工况的不同承载特性，还发现螺母与丝杆轴线错移或倾斜的微尺度行为对载荷大小及分布影响极大的重要现象，为提高压下传动螺纹副寿命及可靠性提供了重要思路。     

双螺杆多相混输泵压力分布的数值模拟

对不同运行工况和几何参数下双螺杆多相混输泵的压力分布进行了模拟计算,并和已发表文献中的试验数据进行了分析比较,验证了所建立的数学模型。并得出随入口压力增高,压差增大,转子转速升高,泵间隙减小双螺杆多相混输泵内压力变化曲线曲率增大;低入口含气率下随入口含气率升高压力变化曲线曲率增大,高入口含气率情况下则相反;相同螺距下转子长度越长压力变化曲线越平坦。     

一种活塞式弹簧减压阀的调定误差分析

对活塞式弹簧减压阀调定误差的产生机理和影响因素进行了分析,并通过试验验证了理论分析的正确性。结果证明:活塞式弹簧减压阀调定误差主要与进出口压力、活塞摩擦力、阀芯密封角度、活塞面积和阀座面积有关。为减小活塞式弹簧减压阀的调定误差,应减小敏感活塞摩擦力,同时应合理设置阀芯密封角度、敏感活塞面积及阀座孔面积。     

基于接触压力分布和非均匀热流密度的列车制动盘热机耦合分析

针对铁路列车制动闸片摩擦块排布方式对制动盘热机耦合响应状态影响显著的问题,提出了一种考虑接触压力分布和非均匀热流密度的热机耦合仿真分析方法。通过在轨道车辆制动性能试验台上进行的制动台架试验,从温度的角度验证了所提方法的正确性。在此基础上,建立了列车全尺寸盘型制动系统有限元仿真分析模型,对现有铁路列车制动闸片摩擦块的排布方式进行了优化分析。结果表明,合理的制动闸片摩擦块排布方式可以显著降低制动盘面的温度和应力峰值,在改善制动盘面温度和应力分布的同时,提供较为优异的制动性能。研究成果可为铁路列车盘型制动系统热机耦合分析提供一种快速有效的仿真分析方法,同时可为铁路列车制动闸片摩擦块的排布优化提供指导方向。     

低速过载角接触球轴承载荷分布的研究

针对低速过载角接触球轴承的塑性变形,基于Palmgren半经验公式分析了载荷分布、接触角变化和钢球最大负荷。角接触球轴承的轴向载荷对工作接触角影响显著,而径向载荷影响微小。     

钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究

建立了1×19IWS钢丝绳三维接触模型,该模型采用Splitting-pinball算法进行接触位置搜索,采用Augmented-Lagrangian算法进行接触载荷计算。对模型施加拉伸载荷,应用有限元进行了计算。分析计算结果,得出了钢丝沿轴线方向及在钢丝横截面内的应力分布规律;对照摩擦因数分别取0.10、0.11、0.12时的计算结果,得出摩擦因数对钢丝应力的影响规律,摩擦因数对钢丝切应力影响显著。分析了5个不同捻距倍数的钢丝绳计算结果,得出了捻距倍数对钢丝应力的影响规律,钢丝vonMises应力随捻距倍数增大而增大,但增大不明显,钢丝切应力随捻距倍数增大而减小,且在捻距倍数较小时变化幅度较大。进行了钢丝绳拉伸变形试验,试验结果与计算结果一致,说明所选用的模型是合理的。     

高密度聚乙烯塑料压力管道热板焊接头应力分布有限元分析

基于热粘弹性积分型本构关系,考虑材料性能依赖于温度变化及相变潜热的影响,利用AN SYS热-力耦合及载荷步功能模拟结晶型高密度聚乙烯(HDPE)塑料压力管道热板焊接过程,并对焊接接头的应力分布进行有限元分析,得到了环向、轴向以及径向瞬态应力分布的基本规律。采用盲孔法和锯切法测量焊后残余应力,实测结果与数值分析基本符合     

基于人体着装的压力分布研究综述与剖析

介绍了人体着装的压力分布研究发展分为三个阶段,就每个阶段的研究热点分别进行综述,并分析各阶段研究存在的问题.最后,提出结合微观角度和宏观研究,在考虑人的生理与心理学的基础上,把三维人体模型与有限元仿真分析相结合,最终提出构建基于三维人体着装的压力分布预测系统等构想及此类研究的发展方向.     

新型大柔度锥面高速刀柄的性能研究

设计了具有分锥体结构的新型大柔度锥面高速刀柄.利用有限元软件对该高速刀柄的静态和高速性能进行了分析,具体研究了刀柄锥面与端面的压力分布特点以及主轴的膨胀变形规律.研究结果表明,大柔度锥面高速刀柄比常用的HSK刀柄具有更高的极限转速,在高转速下能够保证良好的定位精度和连接刚度,特别适合于高速加工.     

联合循环机组中的汽轮机高中压外缸体猫爪负荷分配

以GE公司9F系列蒸汽联合循环机组中的汽轮机缸体为例,简述了造成汽轮机高中压外缸体猫爪载荷分配不均匀的原因,提供了安装时猫爪载荷分配控制的一种方法,避免运行时因猫爪载荷分配不均而引起机组振动。