三叉杆滑移式万向联轴器流固耦合及传热分析

摘要

三叉杆滑移式万向联轴器是课题组自主开发研制的已获国家发明奖的新型联轴器，具有结构简单、制造成本低、同步性能好、传输能力强且随偏转角增大而降低平缓、自身轴向滑移调节距离大等显著优点，拥有深远的发展前景。论文在课题组前期研究的基础上，首次涉及三叉杆滑移式万向联轴器的多场耦合领域，主要研究内容如下： （1）介绍了联轴器相关知识并对国内外研究现状进行了总结，在此基础上提出了本课题三叉杆滑移式万向联轴器流固耦合及传热分析的研究内容和意义。 （2）基于流体动压润滑的形成方式研究抗磨损结构，分别建立了基于广义雷诺方程和计算流体力学的联轴器热弹流数学模型，并研究了常用的数值求解方法，最后对湍流模型及壁面函数作了详细的分类介绍。 （3）研究了流固耦合所涉及到的软件及耦合控制方程等，建立了三叉杆滑移式万向联轴器的几何模型，利用ICEM和FLUENT划分润滑油膜的网格，分别研究了不同压差和不同频率下，滑移销与润滑油膜的耦合情况、三叉杆套筒与润滑油膜的耦合情况，得到相关的变形量、应力、应变云图，结合三叉杆滑移式万向联轴器的特点分析相关耦合结果，为下一步的计算打下基础。 （4）研究空穴效应的基本理论与方程，通过FLUENT向流体域内添加空穴模型，研究不同压差和频率下，加入空穴模型的流固耦合情况，并与之前的耦合结果进行对比分析；利用动网格技术建立双向耦合的计算流程，对流体域和固体域分别进行迭代求解，得到套筒和滑移销的双向流固耦合结果并与单向流固耦合结果对比，分析数据的变化及变化产生的原因。 （5）研究耦合传热的相关理论与公式，建立了热固耦合仿真分析，并分析了温度及热应力变化的原因；接着对流固热三场进行多场耦合分析，计算了不同压差及频率下套筒与滑移销的流固热耦合结果并与流固耦合结果作对比，研究考虑热效应的流固耦合数据变化原因并进行总结。

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摘 要

ABSTRACT

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符号说明

1 绪 论

1.1课题研究的背景

1.1.1 联轴器

1.1.2 万向联轴器

1.1.3 三叉杆滑移式万向联轴器

1.2国内外研究现状

1.2.1 摩擦与润滑领域

1.2.2 多场耦合领域

1.2.3 三叉式联轴器领域

1.3课题研究的目的、内容和意义

1.3.1 研究的目的

1.3.2 研究的内容

1.3.3 研究的意义

2 流体动压润滑理论及数值计算方法

2.1 流体动压润滑基本理论

2.1.1 动压润滑的形成

2.1.2 抗磨损结构

2.2 基于广义雷诺方程的线接触热弹流润滑数学模型

2.2.1 雷诺方程

2.2.2 数值计算方法

2.3 基于计算流体力学的线接触热弹流润滑数学模型

2.3.1 流体控制方程

2.3.2 数值计算方法

2.4 湍流模型与壁面函数

2.4.1 湍流模型

2.4.2 壁面函数

2.5 本章小结

3 理想情况下三叉杆滑移式万向联轴器流固耦合分析

3.1 计算流体力学

3.2 流固耦合理论

3.2.1 耦合的定义

3.2.2 耦合的分类

3.2.2.1 按耦合机理分类

3.2.2.2 按方程求解方式分类

3.2.2.3 按数据传递方向分类

3.2.3耦合控制方程

3.2.4 流固耦合计算理论

3.2.5 耦合面数据的传递

3.3 三叉杆滑移式万向联轴器单向流固耦合分析

3.3.1 几何模型

3.3.2 网格划分

3.3.2.1 网格分类

3.3.2.2 建立网格

3.3.3 边界条件与计算方法

3.3.4 耦合计算

3.4 单向耦合计算结果及分析

3.4.1 不同压差下的耦合结果

3.4.1.1 套筒

3.4.1.2 滑移销

3.4.2 不同频率下的耦合结果

3.4.2.1 套筒

3.4.2.2 滑移销

3.5 本章小结

4 实际情况下三叉杆滑移式万向联轴器流固耦合分析

4.1 考虑空穴效应的联轴器单向流固耦合分析

4.1.1空穴效应的定义

4.1.2 空穴方程

4.2 考虑空穴效应的联轴器流固耦合分析结果

4.2.1 不同压差下的耦合结果

4.2.1.1 套筒

4.2.1.2 滑移销

4.2.2 不同频率下的耦合结果

4.2.2.1 套筒

4.2.2.2 滑移销

4.3 三叉杆滑移式万向联轴器双向流固耦合分析

4.3.1 动网格的划分

4.3.2 动网格基础

4.3.3 收敛精度

4.4 双向耦合计算结果及分析

4.4.1 不同压差下的耦合结果

4.4.2 不同频率下的耦合结果

4.5 本章小结

5 三叉杆滑移式万向联轴器耦合传热分析

5.1 耦合传热理论

5.1.1 热分析基础

5.1.2 热弹性理论

5.2 三叉杆滑移式万向联轴器的热固耦合

5.2.1 温度场分析

5.2.2 热固耦合分析结果

5.3 三叉杆滑移式万向联轴器流固热耦合分析

5.3.1不同压差下的耦合结果

5.3.2 不同频率下的耦合结果

5.4 本章小结

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士研究生期间发表的学术论文目录