搜索【技術分享】基于CFD的離合器摩擦片熱分析研究
2017-03-31 by:CAE仿真在線 來源:互聯網
背景描述
離合器是汽車傳動系統中的關鍵部件,離合器在工作的過程中會產生很大的熱量,摩擦片的溫度也會升高,如果摩擦片溫度過高就會引起摩擦片翹曲變形而導致永久失效,這樣就降低了離合器的使用壽命。目前計算機技術的不斷發展與汽車行業的聯系越來越密切,通過汽車試驗加上計算機技術,汽車領域的開發通道不僅得到了拓延,還節省了成本縮短了開發周期。目前,采用CFD技術對離合器進行熱分析研究是一個非常有效的手段,可以為離合器的優化設計提供高效的指導。
技術關注點
對離合器進行CFD仿真時,主要的技術關注點有:摩擦片溫度、鋼片溫度、離合器出口油液溫度、活塞沖油過程以及離合器傳遞性能等。
技術難點
離合器CFD分析的技術難點如下:
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結構復雜,網格劃分困難;
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需要同時考慮流體和固體的熱效應;
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從結構來看,多為運動部件,需要考慮運動過程,且轉速不一致;
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離合器內部溫度變化劇烈,流體屬性隨溫度變化差異大,需要考慮物性隨溫度的影響;
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若對充油進行分析,則需要考慮活塞的運動以及氣液兩相分析;
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對求解器要求較高;
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在極低溫度下滑油的物性參數變化劇烈,需要準確描述滑油的物性參數變化。
應用案例:離合器摩擦片熱分析研究
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離合器幾何結構
離合器幾何結構如下圖所示。其中包含了6片鋼片,5片摩擦片,分析時考慮流體、鋼片、摩擦片的流固熱耦合,離合器摩擦生熱時,處于壓緊狀態。
圖1 離合器幾何結構
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離合器計算網格
離合器計算網格如下圖所示,網格數量為230萬體網格,1040萬面網格。網格由PumpLinx網格劃分模塊自動生成。
圖2 離合器計算網格
圖3 摩擦片網格、摩擦片凹槽流體網格和鋼片網格
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CFD模型設置及邊界條件
離合器CFD模型設置如下:
數學模型:質量守恒,動量守恒,能量守恒(不考慮熱輻射);
活塞最大行程:2.65mm;
活塞回位彈簧預緊力560N,有效作用面積0.005574m2,彈簧剛度120N/mm;
初始條件:溫度60攝氏度,離合器壓力12bar,潤滑流量15L/min,輸入軸轉速2500rpm(輸入軸總成、活塞、鋼片),輸出轉速0-2500rpm,仿真時間3.2s;
摩擦功計算公式如下圖所示。
圖4 摩擦功計算公式
離合器壓緊狀態,活塞腔壓力12bar,轉速差隨時間變化,在3.2s內由2500rpm逐漸減小為0,摩擦片與鋼片接觸面摩擦生熱,提供熱源。入口為流量邊界15L/min;出口為壓力邊界101325pa。油品物性參數隨溫度變化。
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仿真結果分析
監測點1-5的位置如下圖紅點所示。
圖5 監測點位置
圖6 監測點溫度變化曲線
監測點2-4溫度變化趨勢相仿,在0.6s左右溫度達到最大值;監測點1和5溫度相對較低,在0.5s左右溫度達到最高;總體趨勢一致,先急劇上升,再緩慢下降。這是因為隨著轉速差的減小,摩擦產生的熱量也逐漸減少,加上油槽與冷卻液的對流換熱作用也越顯著,因此溫度開始緩慢降低。
鋼片3在2.1s的溫度分布如下圖所示。
圖7 鋼片3溫度分布
摩擦片3在2.1s的溫度分布如下圖所示。
圖8 摩擦片3溫度分布
油槽溫度在2.1s的溫度分布如下圖所示。
圖9 油槽溫度分布
在2.1s,溫度傳遞已基本達到均勻,徑向呈明顯的溫度梯度,隨半徑增大而升高,這與熱流量的加載方式有關。
油孔流量如下圖所示。
圖10 油孔流量
總結
本案例很高效的處理了離合器的網格,進行了離合器全三維模型的分析,計算結果與理論分析的趨勢一致,云圖分布合理,考慮了轉速差隨時間的變化,油液物性隨溫度的變化,以及摩擦功隨時間的變化特征,與真實應用相符,可以為離合器的優化設計提供有效的指導。
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