船用大功率离合器接合过程仿真研究

摘要

优化舰船离合器动态性能与结构设计、增强其传扭能力、提高其使用寿命已成为舰船用离合器技术的发展趋势。舰用大功率离合器是现代舰船主推进系统的关键设备之一，随着主机功率的提高，其传递的扭矩极大提高，运行的工况条件更加苛刻，同时其质量尺寸受到严格的限制。因而非常必要在各种工况条件下，在新型离合器的初步设计的基础上，对其动态接合过程进行分析研究，为进一步优化设计提供可靠依据。 本文着重探讨了基于初步设计的XX型离合器的动态接合过程中，同步机构在棘合时的碰撞力、液压系统及棘爪与棘轮轴表面的摩擦力矩对接合过程的影响、齿形联轴器接合时的移动速度等问题。建立了这几方面的动态数学模型和仿真模型，并在典型的切换工况下对动态接合过程进行仿真分析。 本文首先应用力的平衡方程、能量守恒方程、动量定理、动量矩定理、连续性方程等原理，建立液控系统的动力分析模型、棘轮棘爪机构在棘合过程中的动力分析模型、联轴器主、从动驱动齿啮合—接合过程的动力分析模型；然后应用有关已知条件、边界条件等建立了仿真分析模型，并借助Matlab进行了仿真试验；对典型的切换工况下离合器的动态接合过程进行了仿真分析。通过仿真分析研究，揭示了该离合器在动态接合过程中主要部件的运动规律、重要构件的受力情况等。文章还通过修改参数，来研究不同工况、负载变化、结构尺寸改变等的影响；并进行液压阀特性拟合，以及阀的优选等。 分析试验结果表明，所建立的大功率离合器动态接合过程数学模型是正确的，仿真计算获得的大功率离合器的接合过程是符合一般运动规律的。尤其是通过各种参数变化对接合动态性能的影响分析，证明对相关参数改进做出预测是优化设计的重要方法。通过研究，（1）为设计方案的论证、改进提供了迅速且有效的分析手段和工具；仿真结果可为优化离合器设计提供重要的参考和依据，为完善结构参数提供重要可靠的依据，为进一步研究研制大功率离合器提供很重要启示。（2）它可以帮助设计人员建立系统的模型，进行模型验证与模型简化并进行最优化设计，寻求系统改进的途径以及找出最佳运行参数。对大功率离合器的设计、改进以及运行控制、防止故障都有重要的作用。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章 概述

1.1离合器发展及其概况

1.1.1离合器概况

1.1.2船舶离合器工作特点及其技术发展

1.2动力系统分析中仿真技术的应用

1.2.1仿真技术的发展

1.2.2动力学系统分析中仿真技术的应用

1.2.3仿真过程

1.3本文研究的内容

1.3.1研究目的意义

1.3.2研究内容

第二章 液压系统及离合器运动过程建模

2.1液压系统的基本模型建模

2.1.1液压建模方法

2.1.2活塞式液压缸建模

2.1.3液压节流阀建模

2.2机械动态接合过程的动力学模型

2.2.1动力系统建模理论

2.2.2棘轮与棘爪摩擦模型

2.2.3棘轮与棘爪撞击模型

2.2.4主从动轮啮合运动模型

第三章 大功率离合器结构原理及其接合过程数学模型

3.1大功率离合器结构原理

3.1.1离合器的结构原理

3.1.2液压系统的结构原理

3.1.3接合过程的基本描述

3.2大功率离合器接合过程的数学模型

3.2.1径向油缸活塞下落运动阶段的数学模型

3.2.2棘轮与棘爪摩擦阶段数学模型

3.2.3棘轮与棘爪撞击阶段模型

3.2.4主动驱动齿与从动驱动齿啮合过程的数学模型

第四章 仿真模型建立

4.1边界条件的确定

4.1.1离合器总体技术要求

4.1.2节流阀的选用

4.1.3主机与螺旋桨特性

4.1.4摩擦系数与碰撞恢复常数的确定

4.1.5棘爪下落状态的考虑

4.1.6其他边界条件

4.2仿真模型的建立

4.2.1第一阶段：活塞下落阶段

4.2.2第二阶段：摩擦阶段

4.2.3第三阶段：撞击阶段

4.2.4主、从动驱动齿啮合过程的仿真模型

第五章 大功率离合器接合过程仿真结果分析

5.1径向油缸活塞运动的一般规律

5.1.1采用不同阻尼形式的影响

5.1.2不同型号回油节流阀的影响

5.1.3液压系统对接合过程的影响

5.2棘爪与中间件摩擦阶段运动分析

5.2.1阻尼侧油压变化

5.2.2摩擦系数μ影响

5.2.3棘爪与中间件之间的摩擦作用讨论

5.3棘轮与棘爪碰撞过程分析

5.4从动驱动齿运动啮合过程的仿真结果分析

5.4.1油缸作用面积的影响

5.4.2不同规格节流阀的影响

5.4.3轴向液压系统的改进

5.5结论

第六章小结

参考文献

附图

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文