兆瓦级液粘离合器结构优化及其效率研究

发布时间：2020-07-22 12:32

【摘要】：液粘离合器通过摩擦副内油液粘性剪切传递动力,在风机水泵、风力发电等多个工业领域有重要的应用价值。本文以兆瓦级液粘离合器为研究对象,对摩擦副结构参数进行优化设计,基于此对比研究了单、双控型兆瓦级液粘离合器的传动效率,主要研究内容和成果如下:基于油膜流量方程,推导了摩擦副内油膜温升方程,构建了摩擦片表面为径向油槽的油膜三维模型,采用有限元理论对调速工况下的油膜温度场模型进行求解,揭示了油膜温度场、油膜外径和内外径比对油膜温升的影响规律。结果表明:当输入转速一定时,内外径比增加导致油膜温升峰值增加,内外径比减少导致温升速率变大。以兆瓦级液粘离合器传递转矩为目标函数,建立了液粘离合器摩擦副的结构优化模型,并利用内点罚函数方法对该模型进行求解。得到了当摩擦副组数为8,摩擦片内径0.385m,外径0.528m,内外径比为0.73时,能满足所有约束条件并使得传递转矩和使用寿命最佳。建立了单控型液粘离合器传动效率数学模型,研究了摩擦副间油膜厚度、主被动摩擦片转速、润滑油入口压力对传动效率的影响规律;进行了单控型液粘离合器实验研究,获得了液粘离合器不同转速下的传动效率,验证了理论结果的正确性,发现了提高转速、减小摩擦副间润滑油入口压力可提高传动效率的规律。建立了单、双控型液粘离合器摩擦片油膜承载力和动态平衡方程,得到了摩擦片接合的固有频率和阻尼比,并对摩擦片接合进行了动力学仿真,研究表明双控型液粘离合器摩擦片接合时间要明显短于单控型;同时,对双控型兆瓦级液粘离合器的传动效率开展研究,掌握了活塞推力对传动效率的影响规律,在调速工况下,双控型兆瓦级液粘离合器的传动效率始终高于单控型1%以上。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH133.4
【图文】：

液粘离合器

兆瓦级液粘离合器结构优化及其效率研究2）脱离工况：油膜厚度超过粘性剪切极大值时，输出转速、输出转矩传输动力；3）调速工况：当摩擦副间隙处于零与油膜粘性剪切极限值之间，靠来传递转矩，并根据输出端的负载变化，对油膜厚度进行调节，实现副间隙内油膜受到剧烈剪切作用，产生热，其中大部分热被润滑油带通过对流换热传至摩擦副 1 1-14 。

油膜,边界,结果可视化,校核计算

计算结果正确性校核计算结果可视化操作结果输出正确错误图 2.3 FLUENT 处理步骤Fig. 2.3 Flow diagram of FLUENT numerical calculation定摩擦副内径向油槽的油膜计算模型如图 2.4 所示，考难易程度，对完整的模型进行取简，选取完整环状油行数值求解。

温升分布,油膜,平面,油槽

（e）ω1=2000rpm, c=0.70, r2=550mm （f）ω1=2000rpm, c=0.75, r2=514mm图 2.6 油膜平面 z=0.05mm 温升分布Fig.2.6 Temperature distribution of the plane z=0.05mm图 2.7（a）为 ω1=450rpm 时，非油槽区域内 z=0.05mm, θ=12o上油膜温度的径向分布曲线。从 c=0.70 到 c=0.75，非油槽区内油膜温度的径向分布趋势保持不变，随着半径的增长，油膜温度不断提高，c 越大，温度峰值越大，而 c 越小，温度增长速度越快，都是在接近外径处温度达到峰值，该值随着半径增大而增大，之后温度出现小幅下降。这是因为外径处产生气体回流，此处的油膜温度会降至常温。图 2.7（b）油槽区域内为 z=0.05mm, θ=2o上油膜温度的径向分布曲线。温度分布趋势与非油槽区温度分布基本相同，但不同系数 c 下最大温升值全部比非油槽区最大温升值低。对比图2.7（a）、（b）可知摩擦副间油膜温度都会随着外径 r2的增加、内外径比 c 减小而升高。310

【参考文献】