进油温度对湿式离合器对带排转矩影响的模拟与试验研究

在建立湿式离合器摩擦片与钢片间油膜计算模型的基础上,综合考虑湿式离合器润滑油ATF在工作情况下的黏温特性及油膜变化对离合器特性的影响,运用动网格技术定义黏度随温度的变化,以一对摩擦副为模拟研究对象,建立实际油路的有限元模型;并在定常、层流下,运用UDF定义黏度随温度变化特性。运用FLUENT采用动网格计算,然后处理分析ATF润滑油对入口温度对湿式离合器带排转矩的的影响,得到摩擦片表面的压力、速度分布图,根据摩擦片表面的压力分布图来研究摩擦片表面油膜变化规律,得出湿式离合器带排转矩随转速差的增加先成正比增加然后减少,最后在自主研发的离合器综合试验台上试验验证。     

湿式摩擦离合器带排扭矩预测及影响因素分析

以船用湿式多片摩擦离合器油路为研究对象,利用动网格技术对离合器分片过程的流场进行动态仿真,得出摩擦片间隙处油层厚度的分布情况;基于流体动力润滑理论和牛顿内摩擦定律,建立含径向和周向油槽的湿式多片摩擦离合器带排扭矩数学模型,计算得出离合器带排扭矩解析解;建立摩擦离合器片间润滑油层参数化离散模型,采用有限元法计算得出离合器带排扭矩数值解,而后研究了油槽形式、主动轴转速和润滑油温度对离合器带排扭矩的影响规律.结果表明,两种带排扭矩预测方法的计算结果吻合良好;油槽形式对带排扭矩的影响较大;离合器带排扭矩随主动轴转速的增大而增大,随润滑油温度的增大而减小.     

摩擦片表面沟槽对离合器带排转矩的影响

根据湿式离合器分离状态下油液质量流量守恒关系,推导了全油膜状态下径向槽摩擦片和平直摩擦片润滑油流量方程和油膜等效收缩半径方程.基于摩擦片带排转矩的实验数据,引入流量修正系数,建立了双圆弧槽摩擦片润滑油流量表达式和带排转矩模型.仿真实验结果表明:当摩擦界面平均半径处的相对摩滑线速度小于8.83m/s时,双圆弧槽型摩擦片的带排转矩特性接近于径向槽摩擦片;当相对摩滑线速度大于9.39m/s时,双圆弧槽摩擦片的带排转矩特性可以用平直摩擦片评估,且增大槽宽或槽深,均可以有效降低带排转矩.     

高速多片湿式离合器带排转矩预测模型

车用高速多片湿式离合器摩擦副的流固耦合运动会引起摩擦片与钢片的轴向碰摩,使其产生较大的带排转矩,降低车辆传动系统工作效率.考虑摩擦副与间隙旋转流场之间的耦合运动关系,建立了摩擦副流固耦合动力学模型.分析了摩擦片与钢片碰摩过程,构建了摩擦副轴向碰摩模型,进而求得带排转矩.通过数值模拟研究了不同转速下的摩擦副非线性运动响应和带排转矩,并与实验结果进行对比.研究结果表明,随离合器转速的增加,在某一临界转速,摩擦副间发生轴向碰摩,摩擦副由稳定运动状态转变为混沌运动状态,此后离合器带排转矩随离合器转速的增加而逐渐增大.     

重型非公路湿式制动器带排特性预测体系

为了提高湿式多片盘式制动器的运行和制动特性,以轮式挖掘机驱动桥湿式多片式盘式制动器为研究对象,针对湿式制动器在非制动运行过程中带排特征现象,通过考虑表面沟槽作用、油膜收缩现象和层流N-S方程,建立湿式制动器带排特性预测体系,研究在不同体积流量、动力黏度和摩擦副间隙下湿式制动器带排转矩和温度变化规律.分析结果表明:在摩擦副间隙为变量情况下,带排特征预测模型摩擦副间隙越大,带排转矩峰值越低;在体积流量为变量情况下,带排转矩预测模型体积流量越大,带排转矩峰值越大;在冷却液动力黏度为变量情况下,带排转矩预测模型冷却液动力黏度越大,带排转矩峰值越大.     

湿式离合器接合特性仿真与分析

为了研究湿式离合器的接合特性,考虑摩擦副表面温度、相对速度、粗糙度以及载荷对摩擦系数的共同影响,基于流体动力润滑理论、粗糙表面弹性接触理论、吸附热理论以及传热学理论建立了湿式离合器接合过程数学模型。分别讨论了接合压力、摩擦副表面粗糙度、摩擦材料渗透性对接合过程中油膜厚度、相对角速度以及传递转矩的影响规律。结果表明：增大接合压力,转矩响应、相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;减小摩擦副表面粗糙度,转矩响应减慢,但相对角速度减小速度和油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,最小油膜厚度减小;增大摩擦材料渗透性,转矩响应和相对角速度减小速度以及油膜厚度减小速度都会加快,接合时间缩短,但最小油膜厚度变化较小。     

干式离合器摩擦片表面温度测量与分析

离合器摩擦片表面温度是离合器传递转矩最直接的影响因素,对修正离合器参数、优化离合器控制具有重要意义。为了解决离合器摩擦片表面工作温度难以测量这一技术难题,在研究影响离合器摩擦片表面温度的主要因素时,通过设计离合器摩擦片表面温度无线采集系统,得到了不同工况下摩擦片表面温度沿径向和周向变化的数据,然后在仿真软件ANSYS中建立了摩擦片有限元模型,并进行热分析,仿真结果与试验数据显示:摩擦片表面温度主要沿径向变化,滑磨产生的热流量是导致摩擦片温升的主要因素,通过修正对流换热系数能提高摩擦片温度的计算精度,将仿真结果与试验数据的误差降低在3.75%以内,而热辐射对于摩擦片温度的影响可以忽略不计。通过对摩擦片温度场变化规律和温度影响因素的分析,对于离合器结构设计、离合器温度模型优化以及离合器控制具有参考价值。     

多片湿式离合器接合过程转矩特性研究

针对液力机械传动装置湿式多片离合器的结构特点,研究了离合器单摩擦副转矩的传递特性,提出了等效摩擦系数概念,用以描述摩擦副接合过程经历的不同润滑阶段.应用Abaqus有限元软件分析了湿式离合器多摩擦副不同接触面接触压力的分布规律,在此基础上建立了多片湿式离合器接合过程转矩计算模型.通过对比分析,所建立的转矩模型和功率损失模型均大于传统模型的计算结果,更接近实际工作情况.仿真结果表明:增加润滑油黏度或减小表面联合粗糙度,可使接合转矩上升平稳;减小摩擦副弹性模量,会使粗糙接触转矩响应减慢,增加接合时间.     

湿式摩擦离合器流道结构对油压分布的影响

湿式多片摩擦离合器空转时,为了避免由于摩擦片与对偶片分离不彻底产生的滑摩现象,减少离合器发热,在离合器润滑油流道设计时应尽可能保证摩擦片间的油压均匀分布。应用ANSYS/FLOTRAN软件,建立6种不同离合器润滑油流道结构的三维有限元分析模型;基于计算流体动力学理论,采用有限元法进行流场分析,得出各种流道结构对摩擦片间润滑油压分布的影响规律。结果表明,右端4个喷油孔贯通的结构好于不贯通结构,喷油孔形状采用锥形或阶梯形时好于柱孔,通过改进油流路径和喷油孔形状均能使摩擦片间润滑油压力分布均匀。     

大型轧机油膜轴承的三维热弹性流体动力润滑分析

对大型轧机油膜轴承的热弹性流体动力润滑特性及能量方程的求解方法进行了理论研究,利用有限差分法,通过联立求解Reynolds方程、、轴颈和锥、衬套的传热方程以及膜厚方程、润滑油的粘度和密度方程,对油膜轴承的热效应问题进行了数值求解.在求解过程中考虑了粘度和密度随压力和温度变化的情况,分析计算了不同工况下的刚性与弹性油膜温度分布情况.     

多锥构型摩擦元件带排扭矩影响因素分析

为了降低变速装置的带排扭矩功率损失,以典型三锥摩擦副为研究对象,考虑表面张力和表面构型的影响,建立多锥构型摩擦元件带排转矩分析模型,通过数值方法讨论了变速装置中润滑油黏度、分离间隙、润滑油流量、多锥摩擦元件构型参数等对带排扭矩的影响.研究结果表明随着相对转速的增大,带排扭矩先增大后减小,带排扭矩存在最大值.润滑油的黏温特性、润滑油流量、分离间隙、摩擦元件锥角对带排扭矩的影响较大.设计不等锥角构型可以降低多锥构型的带排扭矩.      

带排扭矩条件下湿式制动器流体的三维温度场和传热规律分析

湿式制动器是重型车辆制动系统的核心部件,对车辆安全具有关键影响. 本文以制动摩擦副间隙的冷却液压油（ATF）为研究对象,考虑非制动作业时带排扭矩条件下液体黏性摩擦和稳态层流流动特征,利用积分方法建立了ATF的能量方程,获得了能同时满足轴向和径向边界条件的三维温度和热流密度显式解析表达式,由简化动量方程和三次多项式分布假设还获得了油膜径向速度和压强的理论解. 将流体压强和温度的理论模型与以往试验对比,我们发现解析解与试验结果具有较好的一致性. 此模型可推广用于液黏离合器和液黏测功机等其他HVD装置中ATF速度和温度场的理论预测.     

湿式离合器冷却油路温度场特性仿真分析

为改善滑摩工况下湿式离合器油路冷却效果,考虑气液两相混合效应的影响,对离合器接合过程中油路的散热特性进行数值模拟.基于κ-ε两层湍流模型和欧拉方法中VOF(volume of fluent model)模型,采用STAR-CCM+软件建立含径向槽的离合器内油路模型,进行稳态计算,研究了入口流量及相对转速对摩擦副流域温度场的影响规律.改变出油孔的布置形式,研究其对摩擦副片间流体油液占比的影响.结果表明:入口流量的增加主要改善滑摩面的热传递情况;转速差的提高不利于摩擦片壁面热传递;出油孔采用中间分布的形式更利于摩擦片外径处的油液占比.另外,通过正交法建立多因素正交仿真方案计算得到各因素影响程度的主次关系,以及给定条件下各个因素的最佳水平搭配.     

基于PSO-BP神经网络湿式摩擦元件损伤预测模型

为求解湿式离合器的多影响因素损伤关系,应用多源数据融合方法,构建一种基于PSO-BP神经网络的湿式摩擦元件损伤预测模型. 将转速和接合油压作为模型的输入参数,将提取到的摩擦片周向温度梯度、Fe和Cu元素浓度变化率、摩擦片表面粗糙度变化率作为模型输出参数, 建立了有限元仿真模型,搭建了湿式离合器摩擦磨损综合试验台,采用控制变量法研究了油压、转速对摩擦元件损伤特征参数的影响. 结果表明,输入工况与4类损伤特征参数呈非线性关系,预测值与实测值随工况变化趋势一致,损伤特征参数较油压的变化更为敏感. 对比同类模型与试验数据,预测模型具有较高的预测精度,能够有效地对湿式离合器多工况损伤进行预测.      

Dynamic Engaging Characteristics of Wet Clutch in Automatic Transmission

Wet clutch is an important shifting component in automatic transmission,and its properties will affect the gear shift performance. By comparing the calculated and test results,the static friction torque model was proved to be capable of describing the real pressure and torque only in the situation of high-energy engagement.Therefore,a dynamic torque model was proposed on basis of hydrodynamic properties between friction surfaces, in which the clutch engagement was divided into three phases for hydrodynamic lubrication, mixed lubrication, and mechanical contact. The proposed dynamic torque model was validated by comparing the calculated and test results. The effects of temperature,pressure,and pressure changing rate of automatic transmission fluid( ATF) on the clutch torque were analyzed. Based on these results,the clutchto-clutch torque control during shifting in automatic transmission was optimized,and as a result,the shifting comfort was significantly improved since the problems such as the fluctuation and sudden drop of the engine rotating speed during shifting were eliminated.     

液黏传动双圆弧油槽摩擦副油膜剪切转矩研究

双圆弧油槽摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响,对摩擦副间流体的流动特性进行数值模拟,得到了油膜剪切转矩.建立了集流场参数化建模(CAD)、数值模拟(CFX)、试验设计方法(DOE)及响应曲面法(RSM)为一体的油槽参数影响分析平台,分析了油槽深度、油槽宽度和油槽数目对油膜剪切转矩的影响并建立了近似响应曲面模型.搭建转矩性能试验台进行试验验证,结果表明:油膜剪切转矩随着油槽深度、宽度和数目的增大均减小,而油槽宽度对转矩的影响最大,油槽深度影响次之,油槽数目影响最小.通过理论和试验研究,应用CFX数值模拟和建立摩擦副油槽参数影响分析平台实现了CAD、CFX、DOE及RSM等技术的高度融合,可以准确地分析摩擦副油槽参数对油膜剪切转矩的影响.     

电动车辆组合式离合器换挡过程优化控制

针对装配组合式离合器的两挡行星变速器电动车辆的换挡问题,建立了换挡过程动力学模型,选取冲击度和滑摩功作为综合控制目标,考虑换挡过程驱动电机转矩和变速器输出端阻力矩的变化,建立组合式离合器摩擦转矩线性二次型最优控制模型,得到油压最优控制轨迹.选取电机不同油门开度和路面坡道工况,仿真分析了两挡行星变速箱降挡的控制过程.结果表明,所得到的最优轨迹可以有效提高车辆的换挡品质,且换挡品质对电机转矩的变化较变速器输出端阻力矩的变化更为敏感.     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。