湿式多片摩擦离合器多场耦合仿真及流场动态优化

发布时间：2019-10-13 19:24

【摘要】：湿式多片摩擦离合器广泛应用于舰船驱动系统中,是实现原动机与传动系统之间切断和传递动力的重要部件。随着摩擦离合器朝着大功率、高转速、轻量化方向的发展,离合器发热现象愈加严重。研究发现,离合器脱排状态下的摩擦片间油层的剧烈剪切发热,是引起离合器过热的重要原因之一。因此开展湿式多片摩擦离合器多场耦合仿真及流场动态优化分析,对解决离合器过热问题,提高离合器使用效率具有重要的理论意义及工程应用价值。本文针对脱排状态下的湿式多片摩擦离合器,开展分片过程流场动态仿真、热流固多场耦合分析、离合器油路结构动态优化等方面研究。论文的主要研究工作如下:(1)根据离合器结构及离合器片受力情况,推导了湿式多片离合器分片过程瞬态运动方程;借助ANSYS/CFX软件,建立了离合器油路流场的参数化有限元模型,结合离合器片瞬态运动方程,采用动网格技术对离合器进行分片过程流场动态仿真,研究了分片过程流场的动态特性及各片间油层厚度的分布情况。(2)基于牛顿内摩擦定律及油层剪切机理,建立了含径向和周向油槽的离合器摩擦片带排扭矩数学模型,计算得出带排扭矩解析解;建立了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带排扭矩数值解,并与解析解进行了对比分析;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。(3)针对分片过程仿真所得稳定状态油路模型,进行离合器润滑油路热流耦合数值仿真,分析了油路的油压及温度分布情况;在此基础上,以摩擦片、对偶片及片间流体为研究对象,建立了摩擦片副热流固多场耦合分析模型,求得离合器的流场、温度场、位移场和应力场,研究了油层厚度及主动轴转速对润滑油压力、温度以及离合器片等效应力、综合位移的影响规律。(4)以离合器各油管直径为设计变量,离合器油路润滑油压范围为约束条件,各摩擦片及对偶片的片间油层厚度分布曲线的标准差为目标函数,建立了基于计算流体动力学的离合器油路结构参数化动态优化模型,采用响应面法优化得出最佳油路结构,对比分析优化前后离合器片间油层厚度分布,优化效果良好。
【图文】：

示意模型,质量守恒定律,动量守恒方程,分量

( )( )xy yy zyyv pv ft y x y z V向动量守恒方程：( )( )yzxz zzzw pw ft z x y z V量守恒方程为：( )( )( )( )( )( )yxxx zxxxy yy zyyyzxz zzzu pu ft x x y zv pv ft y x y zw pw ft z x y z VVV 为流体密度；t为时间；p 为流体压力；xf 、yf 、zf 分别为体积的分量； u 、 v 、 w 分别为速度矢量V 在 x、y、z 方向的分量。

示意模型,动量守恒定律,能量守恒方程

图 2.2 动量守恒定律示意模型Fig.2.2 The sketchy model of momentum conservation principle③ 能量守恒方程由能量守恒定律可知，流体微元体中单位时间内能量的增加量等于流入该体的净能量同体力与面力对该微元体做功之和。如图 2.3 所示，，为了便于分析中只给出了 x 方向的热量通量，根据上述定律，可以得到能量守恒方程：
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.703.2

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