湿式多片摩擦离合器带排特性研究与仿真

摘要

课题来源于中船重工703研究所“柴燃联合动力传动系统仿真分析”科研项目。船舶传动系统中的湿式摩擦离合器作为其关键环节，离合器的工作性能对整个船舶动力系统的安全性与可靠性有至关重要的影响。湿式摩擦离合器正常工作需要向摩擦片间隙供油，起到冷却和润滑的作用，保证离合器正常工作。通过湿式摩擦离合器的工作特点可以看出，带排现象是其本身的固有缺点，只要离合器中滑油膜存在，带排转矩就不可避免，故有必要针对湿式摩擦离合器带排现象进行分析研究。
　　根据湿式摩擦离合器带排研究现状，建立计算模型并分析不同因素对带排转矩的影响。离合器实际工作中温度与半径存在耦合关系，通过温度场仿真将其解耦，最后得出带排转矩改进模型，并通过仿真实验进行验证，主要研究内容如下：
　　首先，通过分析带排研究成果，建立单油膜带排转矩计算模型。对湿式摩擦离合器带排特性与发热特性国内外现状进行概述，为得到更加适用的离合器带排转矩计算模型，需要依据湿式多片摩擦离合器建立摩擦副单油膜几何模型，并基于牛顿内摩擦定律选定微元体建立油膜带排转矩计算模型。
　　其次，通过分析离合器分片间隙，建立摩擦离合器整体带排转矩计算模型。通过连续油膜特性方程推导得出油膜轴向推力远大于轴向摩擦力，理论上认为离合器摩擦片均匀分布，但摩擦片分离实验结果为中间均匀两端略小，中间厚度约为两端厚度的1.2倍，并推导出离合器整体带排转矩计算模型，实际工作中半径与温度存在耦合关系。
　　再次，通过离合器温度场仿真对半径与温度耦合关系进行分析。对湿式摩擦离合器温升原理进行研究，对高速旋转回转体的对流散热问题、平行平板间对流换热问题进行求解，得到离合器不同条件、不同运动状态下的对流换热系数，输入离合器温度场仿真中得到半径与温度的关系，将半径与温度关系解耦后，得到改进后的带排转矩计算模型，并与原带排模型进行对比，更加贴近离合器实际工作情况。
　　最后，对离合器带排现象进行CFD仿真，并将CFD仿真实验与理论模型对比。根据湿式摩擦离合器建立带排转矩CFD仿真模型并进行网格划分，采用RNG k-ε模型作为仿真的湍流模型并设置参数，将油膜带在不同条件下的带排转矩计算出来，并对结果进行对比分析，保证了带排计算模型的准确性。最后进行带排扭矩计算软件的开发。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源及研究意义

1.3 湿式多片摩擦离合器

1.4 湿式多片摩擦离合器带排与发热国内外研究现状

1.5 论文主要研究内容

第2章 湿式摩擦离合器带排转矩模型建立及因素分析

2.1 引言

2.2 离合器油膜带排理论分析

2.3 湿式摩擦离合器带排转矩计算模型

2.4 带排转矩各影响因素分析

2.5多种因素共同作用对带排转矩的影响

2.6 本章小结

第3章 湿式摩擦离合器对流换热分析与仿真

3.1 引言

3.2 离合器对流换热理论基础

3.3 无限长平板的传热学分析

3.4 对流换热系数的确定

3.5 摩擦离合器整体温升仿真

3.7 本章小结

第4章 基于温度场仿真的带排转矩改进模型

4.1 引言

4.2 仿真离散数据曲线拟合

4.3 离合器温度仿真结果处理

4.4 带排转矩模型的改进

4.5 带排转矩改进模型分析

4.6 本章小结

第5章 离合器带排转矩CFD仿真及结果分析

5.1 引言

5.2 带排特性流体力学理论

5.3 湿式摩擦离合器带排仿真模型的建立

5.4 离合器带排数值计算预处理

5.4 带排转矩仿真结果分析

5.5 带排转矩计算软件

5.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢