液粘传动摩擦副间油膜温度分布特性研究

为了研究摩擦副间油膜温度的分布情况,利用Fluent流体仿真软件分别对径向槽和方格槽油膜进行数值模拟仿真,得到了油膜温度云图。通过搭建液粘传动装置实验台,测得径向槽和方格槽摩擦副间油膜的温度分布数据。得出如下结论:随着摩擦片半径的增大,油膜温度也会不断增高;有沟槽区比无沟槽区油膜温度低,说明沟槽可以降低油膜温度。仿真结果与实验结果基本一致,验证了理论分析的可靠性。     

液黏离合器径向沟槽摩擦片热力特性分析

综合考虑摩擦片与工作介质油的对流换热作用,建立摩擦副混合摩擦阶段热结构耦合物理模型,采用有限元法对带有径向槽的摩擦片在混合摩擦过程中的温度场和应力场进行计算和分析。在相同工况下对比分析摩擦片表面沟槽的宽度和深度对摩擦片温度场的影响和应力场分布,研究发现摩擦片沟槽区的温度远低于摩擦接触区,接触区域的中心形成温度较高的热斑,摩擦片温度随着沟槽宽度的增加而降低,随着沟槽的深度增加先降低后增加。研究结果对液黏离合器运行过程中摩擦副温度场和应力场的预估及摩擦副的设计具有理论和工程指导价值。     

液黏调速离合器摩擦副间多相流CFD模拟

基于计算流体动力学理论,建立液黏调速离合器摩擦副间流体域数学模型,运用CFD模拟软件对径向槽摩擦副间复杂多相流流场进行数值模拟,研究空化效应下沟槽数量和转速对油膜压力分布的影响;采用相间耦合的方式,数值分析固定工况下承载力随着颗粒质量分数和直径的变化规律。结果表明,随着转速的增加,压力随之增大,并呈现周期性、不均匀性,其中压力沿半径增大的方向逐渐减小并趋于一致,槽数对最大压力几乎无影响;过渡区域压力波动较显著,并在沟槽边缘出现负压,空化效应最显著的地方发生在与旋转方向相反的沟槽内侧壁面;随着颗粒质量分数的增加,承载力有所增大,相比于最小膜厚,颗粒直径过大或过小,其对承载力的影响不大;当粒径超过某一固定值时,承载力将会显著提高。     

考虑热效应影响的液黏调速离合器流体剪切转矩预测研究

为了更准确地对液黏调速离合器流体剪切转矩进行预测,以液黏调速离合器摩擦副间的流体为研究对象,建立了考虑热效应影响的三维CFD模型,并考虑了黏温特性的影响,应用计算流体力学软件CFD ACE+对流场进行求解,得到了摩擦副间流体的压力和温度分布以及流体剪切转矩的数值解;通过实验研究对比分析了不同转速和油膜厚度下的流体剪切转矩。结果表明：影响温度分布的主要因素是流体剪切线速度;热效应对摩擦副间流体的压力分布有较小的影响;由于流体温度对黏度的影响,流体剪切转矩随着转速差的增加而缓慢增大。因此,通过与实验数据对比分析,考虑热效应影响的三维CFD模型能够更为准确地对转矩进行预测。     

双圆弧槽液黏调速离合器摩擦副间流体空化效应分析

以摩擦片为双圆弧槽的液黏调速离合器为研究对象,运用Fluent流体分析软件对离合器一对摩擦副间的油液流体空化效应进行数值计算,分析了转速、油液黏度对油液空化区域的影响及空化前后油膜承载力的变化。结果表明,空化区域形状呈现为"竖直长条状",空穴产生分布最先出现在半径方向外侧,且沿半径增大方向更显著;减小转速及油液黏度可以有效减缓空化;油槽深度越大及油槽数目越多,油液含气率越小;确定油槽深度大于0.3 mm和油槽数目大于45为最佳;空化效应影响摩擦副的性能,减小了油膜承载力;随槽深增大、油槽数目减小,空化现象对油膜承载力的影响更为显著。     

考虑空化效应的液黏离合器带排转矩特性分析

为了准确预测液黏离合器内部流场及带排转矩特性,以双圆弧槽摩擦副间隙流场为研究对象,基于流体动力学原理以及牛顿内摩擦定律,建立了考虑空化效应的两相流CFD数学模型,并运用FLUENT软件对流体域进行数值模拟,对比研究空化效应下不同转速、进油压力以及油膜厚度对流场分布、压力分布及带排转矩特性的影响。结果表明,速度分布具有不均匀性,与旋转方向一致的沟槽流体速度较高,且具有导流作用;空化发生在沟槽交叉部位,转速越高,膜厚越大,其空化现象越显著;高压区域发生在入口处,压力随着径向呈现递减趋势,在外径边缘处产生负压效应,承载力随着转速近似线性关系;转速越大,剪切应力提升越明显,当转速ω(1 400~1 600)r/min时,带排转矩随着转速近似线性关系,当达到某一峰值后又缓慢降低;随着油膜厚度减小,带排转矩有所提升,其峰值点对应的速度有所提高。     

考虑摩擦副接触应力场和冷却流场的湿式离合器温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的摩擦特性和热失效具有重要影响。为了获取湿式离合器温度场的分布规律,建立摩擦副接触应力分布有限元模型和摩擦片沟槽内冷却流场数值计算模型,获得了摩擦副接触应力随离合器接合油压的变化规律和冷却流场对流换热随离合器转速的变化规律。在此基础上,提出考虑离合器摩擦副接触应力分布时变特性和冷却流场分布时变特性的离合器温度场数值计算模型。将所建温度场模型的仿真结果与试验结果作对比,验证了所建温度场模型的正确性。通过计算获得了湿式离合器接合过程中不同钢片在半径和厚度方向的温度分布规律,揭示了摩擦副接触应力场和摩擦片沟槽内冷却流场对离合器温度场的影响规律。结果表明,在离合器摩擦副半径方向上,摩擦副的温度分布规律与接触应力分布规律相一致。而摩擦片沟槽内冷却流场的对流换热主要影响离合器同步阶段的温度分布。     

液黏调速器接合过程建模与特性分析

针对液黏调速离合器接合过程中的挤压膜流动以及摩擦阶段过渡问题，综合考虑摩擦副表面粗糙度、表面油槽结构和流体惯性力等因素，根据流体动压润滑理论和GW粗糙接触模型，建立离合器接合过程的动力学模型，并采用有限体积法对平均流量雷诺方程求解，对挤压过程中的油膜压缩速度、油膜厚度、被动盘转速、传递转矩等动力学参数的变化规律展开了仿真分析。仿真结果表明，液黏调速离合器接合过程主要处于流体润滑阶段和混合摩擦阶段。流体润滑阶段黏性扭矩迅速增加，但是相对角速度变化不大，由于油膜厚度变化较快，在0.1 s左右进入混合摩擦阶段，该阶段油膜厚度变化较小，黏性扭矩逐渐下降至零，摩擦扭矩开始占据主导地位。     

液黏调速离合器摩擦副热-结构耦合分析

根据热传导理论,结合热流密度,考虑摩擦片上沟槽的对流换热作用,建立了液黏调速离合器摩擦副的理论模型。根据离合器实际工况,对摩擦副边界摩擦阶段进行数值分析,研究摩擦副不同材料组合下的温度与变形差异。研究结果表明,摩擦副温度场被沟槽分成了不同温度梯度的椭圆块,高温集中在靠近外径处;相同工况下,对偶片材料为30Cr Mn Si A时温度和变形量最大。摩擦副内外径发生了沿z轴正向和负向位移,整个摩擦副产生碟形翘曲现象。在对偶片外径约束情况下,仅30Cr Mn Si A未发生塑性变形。这对液黏传动机理和摩擦副主动设计具有指导意义。     

考虑弹性变形和黏压黏温效应的推力滑动轴承润滑性能有限元分析

应用COMSOL Multiphysics对考虑弹性变形和黏压黏温效应的推力滑动轴承建立有限元模型,并进行数值仿真模拟。结果表明:初始入油温度的增大使润滑油黏度迅速下降,但对油膜压力影响很小;载荷的增大使油膜压力增大明显,油膜压力峰值向出口区移动,在轴瓦上产生较大变形;转动速度的增大使油膜厚度增加,有利于产生流体动压,但摩擦功率损失很大;存在使油膜压力峰值最小,且压力分布均匀的最佳倾斜角。     

液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象,考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力,基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程,利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s,额定输出转速45 r/min,启动过程遵循S形曲线变化时,油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小,并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小,且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大,启动时油膜越薄,摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件,同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。     

环面接触复层多孔轴承热流体动压润滑性能及生/传热机制分析

为分析热效应对多孔环面接触复层含油轴承流体润滑性能的影响,建立环面接触复层含油轴承系统的热流体动压润滑模型,数值分析轴承系统的温度场及速度场分布,讨论考虑热效应时的复层含油轴承流体润滑问题及其生热、传热机制。结果表明：从轴承底面到摩擦对偶面,温度呈先升高后降低趋势,径向上温度随着半径增加而升高,系统的最高温度位于油膜区外环面上的最小膜厚处;轴承系统中的热量主要由油膜相对剪切发生,周向相对运动速度是系统生热的主要影响因素,温度与周向速度的分布形态相似,油膜产生的热量通过对流换热逐渐向多孔轴承中传导,轴承表层厚度或渗透率降低,对流换热效果变差,轴承系统中温度升高,热效应对润滑性能的影响变大;考虑热效应后,油膜润滑性能变差,但数值分析精度提高,数值结果更接近试验实测值。     

计及表面变形的轴向柱塞泵滑靴副热流体动力润滑分析

考虑热变形和弹性变形等影响因素,对倾覆状态下滑靴副热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论不同柱塞腔压力、主轴转速和进口油液温度等工况下热变形和弹性变形对滑靴副热流体动力润滑性能的影响。采用有限差分法联立求解雷诺方程和油膜厚度方程进行滑靴副油膜润滑分析,采用有限单元法计算滑靴表面变形,采用能量方程和热传导方程计算油膜温度。结果表明,计及热变形和弹性形变时,油膜压力和油膜厚度场在滑靴中心油室和边缘处出现凸起峰值;油膜温度场沿滑靴半径方向由内向外递减分布;柱塞腔压力越大,主轴转速和进油口温度越高,油膜厚度的振荡衰减特征越明显,摩擦转矩随油膜厚度减小而增大,处于柱塞泵的吸排油交替区时的油膜厚度和摩擦转矩出现峰值。     

液粘传动界面间油膜态数值模拟研究

为了研究在软启动过程中,液粘调速离合器摩擦副间隙内油膜形态的演变机理,基于计算流体动力学理论,建立流体油膜的计算模型,并考虑油膜的粘温特性,采用Fluent软件对摩擦副间隙内的油膜流场进行求解,获得了油膜的多物理场分布。研究结果表明：界面间油膜的最大温升从油膜出口位置转移至油膜入口位置附近;油膜在中间位置及出口位置的温度和径向速度呈现出抛物线状分布;影响摩擦副间隙内油膜最大动压的主要因素是油膜厚度与主、被动片相对转速;油膜的粘性扭矩输出呈现先增加后减小的趋势,粘性扭矩峰值出现在启动初期。     

液黏离合器油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响分析

合理确定油槽的结构参数能有效地改善摩擦副间流体的流场特性和油膜剪切摩擦转矩性能。为了揭示摩擦副油槽结构对油膜剪切转矩的影响,以双圆弧油槽为研究对象,建立了集油槽结构参数化设计、流场数值模拟与试验设计方法(DOE)为一体的油槽结构参数影响分析平台。重点分析了液黏离合器摩擦副双圆弧油槽宽度、油槽对数、偏心距与内圈偏心圆直径对油膜剪切转矩的影响,并探究了各个参数的敏感性。结果表明,液黏离合器油膜剪切转矩随着摩擦副油槽宽度、油槽对数及内圈偏心圆直径的增大而增大,随着偏心距的增大而减小。摩擦副油槽宽度与内圈偏心圆直径是影响液黏离合器油膜剪切转矩的敏感参数。     

液黏传动铜基粉末冶金摩擦副摩擦特性试验研究

铜基粉末冶金摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究摩擦副的摩擦特性,应用MM-Ⅲ型摩擦磨损性能试验机对铜基粉末冶金摩擦副不同工况下的摩擦因数进行了测试,分析了相对转速、接触比压、温度对摩擦因数的影响。结果表明,摩擦因数随着相对转速的变化与斯特里贝克曲线相似,摩擦因数先急剧下降,后缓慢上升;随着摩擦副接触比压的增加,油膜黏性剪切作用减小,接触摩擦因数随着比压的增加逐渐降低;同时,接触摩擦因数受温度的影响较小。因此,应用摩擦磨损试验机可以得到铜基粉末冶金摩擦副摩擦因数随相对转速、温度和比压的变化规律,为混合摩擦转矩模型建立和液黏传动调速稳定性研究提供理论依据。     

基于CFD的深海柱塞泵配流副流场特性分析

为预测深水环境下压力、温度及油膜分布等变参数对柱塞泵使用性能及工作寿命的影响规律,建立深水环境工况模型,基于雷诺(Reynolds)方程求解配流副稳态油膜控制方程,采用CFD方法仿真分析工作参数、水深环境参数等变化时油膜压力场、温度场变化规律。结果表明：当工作水深从海平面增加至7000 m时,排油腔高压油块A、上死点B及吸油腔低压油块C 3点处的轴向压力不断增大,油膜呈现楔形分布,而温度场分布在海平面至1000 m处温度急剧下降,之后降幅减小。随着水深的增加油膜受到的压力增大,温度减小,进而导致稳定性下降。指出变深环境对配流副油膜压力场、温度场影响显著,为深水环境下柱塞泵配流副的流场特性分析及性能优化打下基础。     

湿式双离合器摩擦副瞬态温度场特性仿真

针对湿式双离合器摩擦副热失效问题,以对偶钢片为研究对象,开展了离合器摩擦副瞬态温度场特性的仿真研究。依据摩擦副热学模型,计算片间热流密度及对流换热系数。建立对偶钢片有限元模型,以片间热流分配、摩擦副热传导及对流换热为基础建立边界条件,利用ANSYS进行有限元仿真,研究了起步工况以及不同运行参数下对偶钢片瞬态温度场分布。研究结果表明:滑摩过程中钢片上各点的温度随径向距离增加而上升,高温部分集中于外半径处,但在最大半径处有所下降。     

柱塞泵滑靴副润滑特性分析

滑靴副的润滑特性直接影响柱塞泵的效率和使用寿命,油膜厚度和承载力是衡量其润滑特性的重要指标,为此开展柱塞泵滑靴副的润滑特性研究。基于油室压力反馈模型,求得最佳油膜厚度,计算滑靴密封带处油膜压力分布;再通过建立滑靴副流道模型,进行流体仿真验证压力计算数值模型。通过数值计算和流体仿真得出结论:密封带处油膜压力呈环形分布,且随半径的增大逐渐减小,当负载压力增大时,密封带处压力也随之增大,油膜承载力提高。理论模型和数值分析揭示了轴向柱塞泵滑靴副油膜承载能力的变化规律,为液压源的设计和开发打下理论支撑基础。     

基于CFD的不同沟槽摩擦片转矩特性模拟分析

为了研究在高速工况下液黏调速离合器的摩擦副表面油槽结构对油膜流场传动特性的影响,设计了一种新型的C形槽摩擦片。利用SST k-ω湍流模型,通过流体动力学仿真软件Fluent对C形槽和径向槽摩擦副所构成的油膜流场进行数值模拟,并获得其流场传动特性。研究表明,摩擦副在高速运转条件下,C形槽的温升要低于径向槽而且油槽处有明显的冷却效果,当输入转速持续提高时,C形槽的温升趋于平缓;随着输入转速的提高,C形槽所传递的转矩呈线性增长,在输入转速相同的前提下,相比于径向槽,C形槽所构成的流场不仅温升小而且可以提供更大的转矩。