液体粘性调速离合器摩擦片表面结构优化及仿真

摘要

本文论述了液体粘性离合器的工作机理、结构以及工作特性，对摩擦片之间的油膜特性进行了受力分析，为控制系统的设计提供了理论依据；着重关注了摩擦片表面的沟槽结构对油膜承载能力的影响。对摩擦片表面沟槽的类型及数量、宽度、深度对油膜承载能力的影响进行了分析。
　　 作为液粘离合器的核心部件摩擦片，对其材料的选用、内外径尺寸的确定、摩擦片表面沟槽结构对制动器性能的影响做出了深入的研究。同时选用了合理的摩擦片表面烧结材料，计算出了TLMst系列减速机各种型号要求的制动器所需要的摩擦片内外径。
　　 对液体粘性离合器摩擦片间的油膜，利用有限元分析软件ANSYS分别对摩擦片低速和高速旋转时油膜压力分布和流场进行了分析，当摩擦片处于高速运转时，摩擦片的油膜压力在径向和圆周向并非均匀分布。在综合考虑各种沟槽优缺点的基础上提出了一种改进的复合型沟槽，经过仿真分析验证了其有较好的成膜能力和散热能力，并且形成的油膜压力分布均匀，是一种比较理想的结构。对于液体粘性离合器而言，对油液的散热能力有较高的要求，在液体润滑的状态下，离合器传递转矩，同时要求油膜有比较好的成膜能力；虽然进过改进的复合型沟槽可以较好的满足其要求。但是对于不同型号的离合器，复合型沟槽的设计参数需要具体考虑液体粘性离合器的所传递的扭矩，转速差等设计参数。
　　 对主动轴和摩擦片进行了瞬态响应分析，得到了液体粘性离合器在启动过程中摩擦片的应力和速度变化的情况。分析了静摩擦工况下内摩擦片花键应力分布，发现在花键与主动轴接触的地方出现了应力集中，在设计过程中应给予充分考虑。对摩擦片表面压力的分布进行了仿真，给出了压力随时间变化的规律和压力在摩擦片表面的分布。
　　 对摩擦片表面的温度分析结果可知：摩擦片径向温度逐渐升高，温度比较大的地方集中在摩擦片外沿，同时也是摩擦片表面压力集中的区域。较高的温度和应力集中在摩擦片的某一区域是摩擦片失效变形的主要原因。最后对径向沟槽的摩擦片表面温度分布进行了计算，发现温度分布规律和无沟槽的摩擦片大体一致，只不过有沟槽的部分温度很低。
　　 最后对工作进行了总结，提出了需要继续深入研究的问题。