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原文传递基于流固热耦合理论的分动器摩擦片散热特性研究

论文题名：	基于流固热耦合理论的分动器摩擦片散热特性研究
关键词：	四驱汽车;分动器;摩擦片;散热特性;流体动力学
摘要：	分动器在四驱汽车的传动系统中具有重要作用，多片离合器是四驱汽车多片离合器式分动器的关键部件。多片离合器中的摩擦片（主动片）、对偶钢片（从动片）在相对摩擦过程中动能转化为热能使摩擦副升温，从而影响分动器的扭矩传递性能。对多片离合器进行摩擦热分析和润滑油流场散热分析，研究分动器摩擦片的散热特性，对分动器的性能预测具有重要意义。　　本文针对宝马某款多片离合器式分动器进行研究，首先对摩擦学传热理论、流场运动理论和流场运散热理论进行了介绍。建立热传导方程和换热边界模型，求出热流密度表达式，并根据摩擦副内外径对摩擦片和对偶钢片的热流密度进行分配;在计算流体动力学理论的基础上，确定三维湍流数值模拟方法和RNG k-ε湍流模型，RNG k-ε模型通过修正湍动粘度，考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况，并能更好地处理高应变率及流线弯曲程度较大的流动。热力学和流体动力学理论模型的选择为计算机数值模拟提供了理论支持。　　其次在Abaqus有限元分析软件中对多片离合器摩擦副进行动力学摩擦生热数值模拟，以一对摩擦副为例，经过模型简化、材料定义、相互作用设置、网格单元划分等过程，分别对不同摩擦系数、不同摩擦片压盘压强、不同旋转速度以及不同摩擦片数下的温度场进行了仿真，四种因素下摩擦片温度均比对偶钢片温度高。分别对四种变量下的摩擦副最高温度变化趋势拟合，根据拟合模型预测摩擦系数0.25、摩擦片压强1Mpa、相对转速450r/min、摩擦片数为8片下的摩擦副最高温，并通过CAE模拟对拟合模型自检，与预测数值对比，摩擦片最高温相对误差分别为:1.13％、4.05％、6.14％和7.48％，对偶钢片最高温相对误差分别为:9.31％、1.06％、4.93％、6.28％。　　然后对分动器摩擦片在润滑油中的散热特性进行研究。以完整的8片摩擦片为例，在Fluent中导入ICEM CFD建立的静止域和旋转域网格，建立VOF两相流模型，使用UDF定义自由液面高度，选择RNG k-ε湍流模型，摩擦副间加载平均热流密度。分别对注油高度浸没摩擦副径向1/4(实际浸油深度49.5mm)、1/3(实际浸油深度61.7mm)、1/2（实际浸油深度86mm）和压盘压强在0.2Mpa、0.4Mpa、0.6Mpa下的流场温度分布进行模拟分析。揭示了润滑油温度分布区和最高温点位置规律。　　最后建立分动器多片离合器试验台，使用透明PC材料制作分动器外壳，对分动器内润滑油运动状态和温度场分布进行验证。摩擦盘压强越大，最高点温度越高，最高点均出现在初始自由液面附近。高温分布区逐渐扩散到油液稳定流动和飞溅到的大部分区域，分动器壳体内部的整体温度也有所提高。最高温度值仿真试验对比验证，不同注油量下相对误差分别为12.6％、8.4％、9.9％;不同压强下相对误差分别为13.1％、8.4％、6.9％。
作者：	梁修天
专业：	车辆工程
导师：	陈黎卿
授予学位：	硕士
授予学位单位：	安徽农业大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文