林湿式摩擦离合器摩擦片油槽对瞬态传热的影响

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1、万方数据第26卷第11期2009年11月机械设计JOURNALOFMACHINEDESIGNV01．26No．1lNov．2009湿式摩擦离合器摩擦片油槽对瞬态传热的影响’张世军，林腾蛟，吕和生(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030)摘要：计算了湿式摩擦离合器摩擦片的热流密度和对流换热系数，建立了考虑油槽结构的摩擦片三维瞬态热传导有限元模型。借助ANSYS软件，分析了不同油槽宽度摩擦片的瞬态温度场，给出了摩擦片最高温度随时间的变化曲线和径向温度分布规律。结果表明，摩擦片最高温度出现在结合时间段中间附近，随油槽宽度增加摩擦片最高温度略有降低；由

2、于油槽的影响，摩擦片径向温度呈阶跃分布。结合完成后摩擦片表面出现椭圆形热斑。关键词：离合器；油槽；温度分布；有限元法中图分类号：THl33．4文献标识码：A文章编号：1001—2354(2009)11—0034—04湿式摩擦离合器结合过程是在工作油缸推力作用下，主动片与从动片逐渐靠近，摩擦形式由流体摩擦变为边界摩擦，最后主动片和从动片直接接触形成干摩擦。在此过程中，主动片和从动片之间相对滑动产生的滑摩功转化为热量，致使摩擦片温度升高，结合完成后摩擦片在润滑油的作用下冷却。当离合器在高速、重载或频繁结合时会产生很大的摩擦热，可能导致摩擦片温升过高而影响正常

3、工作。因此，研究湿式摩擦离合器摩擦片发热机理，对减少摩擦片发热、延长其使用寿命具有重要的实际意义。目前，摩擦片发热问题的数值模拟主要是针对摩擦片轴对称结构，忽略油槽影响，建立二维或三维热传导有限元分析模型，计算结合过程中摩擦片的温度场及温度随时间的变化规律¨“J。而对摩擦片油槽的研究主要是利用对比性试验，得出不同油槽形式、尺寸对摩擦片动态特性和温度分布的影响”“J。文中在此基础上，考虑油槽结构，建立单片摩擦片三维瞬态热传导有限元模型，并对结合过程中不同油槽尺寸的摩擦片进行瞬态传热分析，研究摩擦片的温度分布规律。1传热模型式中：Ⅳ．一单元温度形函数向量；t

4、——单元节点的温度向量；L——单元节点的温度向量对时间的导数；曰——单元的几何矩阵。将上述公式代入式(1)，并结合边界条件推导可得：cro+(j之+蛭)瓦=口：+口：(2)式中：C=faPcNN'rdxdydz；霹=D口’Bdxdydz；E=IhfNN'rBds；Q5=I，g’Nd,；Q：2I，TBhfNds；仔一求解区域；32——热流密度边界；如——对流换热边界；hf——对流换热系数；g’——摩擦面的给定热流密度；％——润滑油的温度。+；，妻三景堡竺皇篓妻守生热源，并假设材料各向同性，其瞬2摩擦片油槽结构态导热微分方程可表示为：’一～。。⋯一伊詈=^(

5、窘+萨02T+害)=∥亿(1)式中：卜温度场函数，r=，(善，Y，=，1)；I_时间；r密度；c——比热容；A——热导率；L=(818x8／8y8／az)To根据有限元理论，单元中存在如下关系：T=ⅣTTe：8T／ot=胪tLT=LⅣ1Te=Bt摩擦片的摩擦层厚度为1．8mm，芯板厚度为10nam，摩擦层和芯板外径均为490mnl，摩擦层内径为360mm，芯板内径为330mm。在摩擦层上开有螺旋槽和12个均布的径向槽。在其他尺寸不变的情况下，文中研究的3种螺旋油槽宽度尺寸分别为1，1．5，2mill。摩擦层材料为铜基粉末冶金，芯板材料为45钢，两种材料的

6、物理特性如表1所示。表1摩擦片材料性能参数密度p比热容c膨胀系数d(×10_6)热导率^／(kg／m3)／(J／(kg·℃))／(I／℃)／(w／(m·℃))摩擦层670046017．143芯板785047011．650·收稿日期：2008一12—20：修订日期：2009—05—25基金项目：国家科技支撑计划资助项目(2006BAF01BOI一03)；重庆市重大科技专项资金资助项目(CSTC。2007AB3030)作者简介：张世军(1981一)，男，湖北孝感人，硕士研究生，专业方向：机械设计及理论。万方数据2009年11月张世军，等：湿式摩擦离合器摩擦片

7、油槽对瞬态传热的影响35考虑到结构及边界条件的对称性，只取摩擦片实际厚度的1／2建立有限元模型。为了保证传热分析结果的准确性，将摩擦片划分为8节点六面体单元，分为112762个单元，142778个节点，有限元网格如图1所示，图中可以看出摩擦片油槽的整体分布及断面形状。(a)整体网格(b)局部网格图1摩擦片有限元网格3边界条件摩擦片在结合过程中，摩擦面给定热流密度，符合第二边界条件，即：qTn=一q’式中：井——表面的法向量(方向向外)。内外圈和油槽表面与润滑油对流换热，符合第三边界条件，即：q1一it=^f(B—TB)式中：珏——对流面的表面温度。离合器

8、稳定工作时润滑油实测油温约为50℃，故取％=50℃。热流密度口是指单位时间内通过