湿式摩擦离合器热流耦合动态仿真及带排转矩预测

摘要

大型船用倒顺离合型齿轮箱中湿式多片摩擦离合器一般成对安装,当一个处于接排状态时,另一个处于脱排状态。研究发现,离合器过热不仅可能出现在接排过程中,脱排状态下也可能因摩擦片滑摩或润滑油剪切导致离合器过热,并产生较大的带排转矩,造成能量损失。因此,开展脱排状态下离合器分片过程模拟及带排转矩预测,对解决离合器过热问题,提高离合器效率具有重要的理论意义及工程应用价值。
　　本文课题来源于重庆大学机械传动国家重点实验室自主研究课题。针对脱排状态下空转时的湿式多片摩擦离合器,进行流场动态模拟及带排转矩预测,主要研究工作如下:
　　①在ANSYS/CFX软件中,建立了离合器润滑油流场的参数化有限元模型,结合离合器片瞬态运动方程,采用动网格技术对离合器流场仿真,研究了离合器分片过程流场动态特性及分片弹簧对分片状态的影响,得出分片弹簧有利于油层厚度的均匀分布。
　　②以流场仿真分析所得的实际油路模型为研究对象,结合油层剪切发热原理,采用热流耦合分析方法,计算离合器润滑油温度场,得出油温随空转速度的升高而升高,随流量的增加而降低。
　　③建立了含径向油槽的片间润滑油层流体动力学模型,基于牛顿内摩擦原理,仿真分析了离合器的带排转矩。结果表明摩擦片上的油槽使带排转矩减小,且随空转速度的升高而增大,随温度的增加而减小。
　　④以离合器片及片间流体为研究对象,结合计算流体动力学、传热学及结构热弹变形理论,采用热流固耦合分析方法,计算了离合器空转过程中摩擦副的流场、温度场、应力场及位移场,得出油压随油层厚度增加先减小后增大,温度、应力和位移均随油层厚度增加而减小,随转速增大而增大。