船用湿式摩擦元件热负荷仿真分析研究
发布时间：2021-03-20 05:59
湿式摩擦离合器由于其可以滑摩的特性,满足定距桨的负载需求,故普遍应用于采用柴油机以及定距桨的船舶动力系统。湿式摩擦离合器接合的过程中,输入端与输出端之间存在转速差,交替安装于离合器内的多组摩擦元件即摩擦片和对偶钢片在工作油压的作用下压紧并产生相对滑动,在摩擦力的作用下,离合器输入端与输出端的转速差逐渐下降为零,运动和扭矩从离合器的输入端传递到输出端。在摩擦片和对偶钢片压紧并产生相对滑动的过程中会产生大量的摩擦热,导致摩擦元件温度上升。随着定距桨转速的提高,扭矩越来越大,摩擦元件热负荷也越来越大,摩擦材料及钢片的材料属性随着温度的升高产生变化,在外部压应力及内部热应力的共同作用下,产生热膨胀、烧蚀变形、磨损脱落等现象,导致摩擦元件无法正常工作。在进行摩擦离合器设计时,不仅要考虑摩擦元件的稳态传扭能力,还要计算摩擦元件接排时的热负荷承受能力,充分发挥摩擦元件的热负荷承受能力可以有效地减小摩擦元件直径,降低离合器体积重量,提高离合器的工作转速,最终提升摩擦离合器的功率密度。本文研究内容来源于“船舶动力基础科研项目”（MG0501）,针对某湿式摩擦离合器的摩擦元件,进行了以下研究:（1）建立摩...
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线
中国舰船研究院硕士学位论文7第二章湿式摩擦离合器摩擦元件热负荷计算模型2.1引言湿式摩擦离合器主要由活塞、复位弹簧、由摩擦片和对偶钢片组成的摩擦副、齿圈以及摩擦片座组成，如图2.1所示。接排前，离合器输入端具有一定转速，输出端转速为零，摩擦片与对偶钢片之间存在间隙，离合器处于脱排状态。接排时，通过供油管道向活塞加压，摩擦片和对偶钢片在压力的作用下压紧直至间隙为零，在摩擦力的作用下，离合器输出端在输入端的带动下转速逐渐上升至与输入端同速，此过程滑摩运动产生大量的摩擦热，导致摩擦元件温度上升。脱排时，停止向活塞供油，活塞在复位弹簧弹力的作用下复位，摩擦元件之间脱离接触，离合器输出端转速逐渐下降至零，完成脱排。图2.1摩擦离合器三维模型摩擦元件接合过程的热负荷与接合转速差、接合油压、摩擦副间摩擦系数、冷却油特性、摩擦离合器尺寸结构等许多因素有关，其发热机理为通过滑摩过程将滑摩功转化为摩擦热，其外在表征为摩擦元件温度的上升。由于摩擦离合器实际接合过程中摩擦元件表面的温度难以测量，只能通过温度传感器测量从离合器中溢出的冷却润滑油温度，与摩擦元件表面实际温度差距较大，不具备参考价值，故本文选取滑摩功以及滑摩功率作为摩擦元件热负荷的评价指标并进行计算。本文将通过试验测量摩擦元件的许用热负荷，试验所能测量的是滑摩过程的扭矩、工作油压、转速以及滑摩时间等参数，为确定摩擦元件的滑摩状态，确定摩擦元件何时失效，需要通过试验数据对摩擦系数进行反算，故推导摩擦系数的计算公式。冷却润滑油是摩擦元件工作过程中重要的散热途径，为建立较为真实的有限元模型，需对摩擦元件与冷却润滑油的对流换热系数进行计算，对有限元模型的散热边界条件进行加载。
船用湿式摩擦元件热负荷仿真分析研究82.2滑摩功及滑摩功率计算公式在研究的过程中，对整个传动系统进行简化，建立其动力学模型，整个系统的简化动力学模型如图2.2所示。图中主动部分包括主机、联轴器等，从动部分包括齿轮箱、联轴器、螺旋桨等，Ta为驱动力矩，Ts为阻力矩，Tf为接排时的摩擦力矩，Tf’为接排时的反摩擦力矩，ωin为输入轴角速度，ωout为输出轴角速度，Ja为主动部分当量转动惯量，Js为从动部分当量转动惯量。图2.2传动系统简化动力学模型主、从动部分动力学微分方程：t（2-1）（2-2）ttt（2-3）（2-4）式中：t为主动部分初始角速度；为接排完成时角速度；为主、从动部分从接排开始到角速度相同所用时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双圆弧槽摩擦片摩擦系数影响因素分析及实验测试[J]. 李乐,李明洋,王立勇,朱礼安. 机械设计与制造. 2019(11)
[2]外缘凸起对离合器温度场的影响研究[J]. 王超,程铖,陈俐. 传动技术. 2019(03)
[3]湿式离合器中摩擦片油槽间距对表面温升和应力的影响[J]. 郑亚鹏,李岩. 煤矿机械. 2019(09)
[4]考虑接触面局部散热的湿式离合器摩擦片滑摩温升特性[J]. 吴健鹏,马彪,李和言,刘继凯. 北京理工大学学报. 2019(09)
[5]湿式离合器加压方式对其热结构耦合温度场影响[J]. 张志刚,陈瑶,石晓辉,叶斌,尹生. 机械传动. 2019(06)
[6]离合器温度场计算中摩擦热流密度模型的比较研究[J]. 程铖,陈俐. 机械传动. 2019(02)
[7]湿式离合器温度场特性仿真分析[J]. 陈旭,褚超美,黄晨,顾荣华. 农业装备与车辆工程. 2019(01)
[8]湿式双离合器热性能影响因素分析[J]. 顾健华,顾荣华. 上海汽车. 2018(08)
[9]湿式双离合器起步过程热负荷仿真研究[J]. 顾荣华,褚超美,黄晨. 农业装备与车辆工程. 2018(07)
[10]湿式离合器接合过程油膜厚度和转矩仿真[J]. 杨夏,曹雪梅,穆亮圣. 河南理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
硕士论文
[1]湿式离合器摩擦副热特性分析及综合优化[D]. 刚晓新.吉林大学 2019
本文编号：3090541
【文章来源】：中国舰船研究院北京市
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
本文技术路线
中国舰船研究院硕士学位论文7第二章湿式摩擦离合器摩擦元件热负荷计算模型2.1引言湿式摩擦离合器主要由活塞、复位弹簧、由摩擦片和对偶钢片组成的摩擦副、齿圈以及摩擦片座组成，如图2.1所示。接排前，离合器输入端具有一定转速，输出端转速为零，摩擦片与对偶钢片之间存在间隙，离合器处于脱排状态。接排时，通过供油管道向活塞加压，摩擦片和对偶钢片在压力的作用下压紧直至间隙为零，在摩擦力的作用下，离合器输出端在输入端的带动下转速逐渐上升至与输入端同速，此过程滑摩运动产生大量的摩擦热，导致摩擦元件温度上升。脱排时，停止向活塞供油，活塞在复位弹簧弹力的作用下复位，摩擦元件之间脱离接触，离合器输出端转速逐渐下降至零，完成脱排。图2.1摩擦离合器三维模型摩擦元件接合过程的热负荷与接合转速差、接合油压、摩擦副间摩擦系数、冷却油特性、摩擦离合器尺寸结构等许多因素有关，其发热机理为通过滑摩过程将滑摩功转化为摩擦热，其外在表征为摩擦元件温度的上升。由于摩擦离合器实际接合过程中摩擦元件表面的温度难以测量，只能通过温度传感器测量从离合器中溢出的冷却润滑油温度，与摩擦元件表面实际温度差距较大，不具备参考价值，故本文选取滑摩功以及滑摩功率作为摩擦元件热负荷的评价指标并进行计算。本文将通过试验测量摩擦元件的许用热负荷，试验所能测量的是滑摩过程的扭矩、工作油压、转速以及滑摩时间等参数，为确定摩擦元件的滑摩状态，确定摩擦元件何时失效，需要通过试验数据对摩擦系数进行反算，故推导摩擦系数的计算公式。冷却润滑油是摩擦元件工作过程中重要的散热途径，为建立较为真实的有限元模型，需对摩擦元件与冷却润滑油的对流换热系数进行计算，对有限元模型的散热边界条件进行加载。
船用湿式摩擦元件热负荷仿真分析研究82.2滑摩功及滑摩功率计算公式在研究的过程中，对整个传动系统进行简化，建立其动力学模型，整个系统的简化动力学模型如图2.2所示。图中主动部分包括主机、联轴器等，从动部分包括齿轮箱、联轴器、螺旋桨等，Ta为驱动力矩，Ts为阻力矩，Tf为接排时的摩擦力矩，Tf’为接排时的反摩擦力矩，ωin为输入轴角速度，ωout为输出轴角速度，Ja为主动部分当量转动惯量，Js为从动部分当量转动惯量。图2.2传动系统简化动力学模型主、从动部分动力学微分方程：t（2-1）（2-2）ttt（2-3）（2-4）式中：t为主动部分初始角速度；为接排完成时角速度；为主、从动部分从接排开始到角速度相同所用时间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]双圆弧槽摩擦片摩擦系数影响因素分析及实验测试[J]. 李乐,李明洋,王立勇,朱礼安. 机械设计与制造. 2019(11)
[2]外缘凸起对离合器温度场的影响研究[J]. 王超,程铖,陈俐. 传动技术. 2019(03)
[3]湿式离合器中摩擦片油槽间距对表面温升和应力的影响[J]. 郑亚鹏,李岩. 煤矿机械. 2019(09)
[4]考虑接触面局部散热的湿式离合器摩擦片滑摩温升特性[J]. 吴健鹏,马彪,李和言,刘继凯. 北京理工大学学报. 2019(09)
[5]湿式离合器加压方式对其热结构耦合温度场影响[J]. 张志刚,陈瑶,石晓辉,叶斌,尹生. 机械传动. 2019(06)
[6]离合器温度场计算中摩擦热流密度模型的比较研究[J]. 程铖,陈俐. 机械传动. 2019(02)
[7]湿式离合器温度场特性仿真分析[J]. 陈旭,褚超美,黄晨,顾荣华. 农业装备与车辆工程. 2019(01)
[8]湿式双离合器热性能影响因素分析[J]. 顾健华,顾荣华. 上海汽车. 2018(08)
[9]湿式双离合器起步过程热负荷仿真研究[J]. 顾荣华,褚超美,黄晨. 农业装备与车辆工程. 2018(07)
[10]湿式离合器接合过程油膜厚度和转矩仿真[J]. 杨夏,曹雪梅,穆亮圣. 河南理工大学学报(自然科学版). 2018(04)
硕士论文
[1]湿式离合器摩擦副热特性分析及综合优化[D]. 刚晓新.吉林大学 2019
本文编号：3090541
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