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        濕式雙離合器溫度研究*

        2021-01-25 01:40:04黃光穎付楊成
        汽車實(shí)用技術(shù) 2021年1期
        關(guān)鍵詞:鋼片對偶溫升

        黃光穎,付楊成

        (安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司,安徽 合肥 230601)

        引言

        目前,國內(nèi)外許多學(xué)者對濕式多片離合器的散熱問題作了廣泛研究,多采用有限元分析方法給出了結(jié)合過程中摩擦片的溫度場,更多的是注重設(shè)計(jì)上的指導(dǎo)意義,而在整車實(shí)際運(yùn)行工況下離合器的實(shí)際溫升情況及冷卻控制策略參數(shù)標(biāo)定應(yīng)用指導(dǎo)上有較大局限性。

        本文對通過假設(shè)簡化模型,建立一維仿真模型,并通過溫度測試臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校正,仿真結(jié)果為整車離合器冷卻控制策略提供可靠的分析數(shù)據(jù)。

        1 熱傳導(dǎo)分析[2]

        離合器滑動(dòng)摩擦期間,摩擦片溝槽內(nèi)油液相對于對偶鋼片的流動(dòng)近似掠過平板的流動(dòng),則Re<200000時(shí)的流動(dòng)為層流流動(dòng),經(jīng)過計(jì)算,摩擦片溝槽內(nèi)的流體處于層流狀態(tài)。

        流體層流狀態(tài)的普朗特?cái)?shù)Pr:

        cp—油液定壓比熱容;

        λ—油液熱傳導(dǎo)系數(shù)。

        流體層流狀態(tài)平均努塞爾數(shù)Nu:

        溝槽內(nèi)冷卻油與對偶鋼片側(cè)對流換熱系數(shù)h:

        物體滑動(dòng)摩擦的熱量遵循一定比例被摩擦副的兩個(gè)物體吸收,該比例與兩物體的物性相關(guān)。假設(shè)兩個(gè)物體接觸面上的接觸溫升相等,滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量為q,摩擦襯片吸收的熱量為q1,對偶鋼片吸收的熱量為q2,吸收熱量的分配因子[3,8]。

        λ—物體熱導(dǎo)系數(shù);

        c—物體比熱容;

        ρ—物體密度;

        2 仿真模型

        濕式多片式離合器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得知中間對偶鋼片熱負(fù)荷最高[1],采用AMESim建立離合器溫度仿真模型,簡化模型過程,對離合器進(jìn)行如下設(shè)定:

        1)摩擦襯片兩側(cè)熱流密度具有對稱性,以對偶鋼片兩側(cè)摩擦襯片中心為絕熱邊界;

        2)摩擦副相同直徑處,熱流密度均勻分布,溫度變化情況相同,因此可將摩擦副徑向離散劃分4等分圓環(huán),由式(2),得到每個(gè)圓環(huán)熱量與總熱量比值:Ri3-Ri+13/Rout3-Rin3,其余部分自成獨(dú)立環(huán),無摩擦;

        圖1 對偶鋼片徑向劃分示意

        3)摩擦副產(chǎn)生的熱量,全部由對偶鋼片和摩擦襯片吸收,則接觸點(diǎn)處鋼片和襯片吸收熱量比例參考熱流分配因子K;

        4)冷卻油液與離合器的對流換熱系數(shù)參考公式(6),其中 Nu=0.664*Re?*Pr*c,c為模型校正過程的修正系數(shù),區(qū)分內(nèi)外離合器;

        5)忽略溫度變化對摩擦系數(shù)的影響,摩擦系數(shù)為常數(shù);

        6)因考察對象為多片式離合器的中部對偶鋼片,忽略溫升過程離合器殼體、結(jié)構(gòu)件以及對空氣熱輻射等影響。

        對偶鋼片與摩擦襯片材料的屬性如下:

        表1 摩擦副材料特性參數(shù)表

        鋼片及摩擦片幾何參數(shù)及質(zhì)量參數(shù)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品確定。

        根據(jù)以上設(shè)定并結(jié)合離合器結(jié)構(gòu)參數(shù),將摩擦片及對偶鋼片建立模型,按照熱流分配原則對接觸質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行熱量分配,如圖2所示:

        圖2 仿真模型

        3 模型驗(yàn)證

        建立離合器溫度測試臺(tái)架,測試數(shù)據(jù)與仿真模型結(jié)果對比修正,模型經(jīng)過修正后可以在很大的程度上反饋出離合器對偶鋼片的溫升情況,經(jīng)多工況數(shù)據(jù)對比仿真結(jié)果誤差約10%。

        模型修正后,以整車工況作為輸入,對偶鋼片和離合器出口油液溫度仿真結(jié)果(實(shí)線)與實(shí)際測試溫度(虛線)對比,驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。

        圖3 整車工況輸入

        圖4 鋼片和油液溫度曲線

        離合器出口油溫仿真值與實(shí)測值有較好的吻合度,滑磨溫升階段偏差約1.5℃,對偶鋼片溫度與TCU的溫度分析結(jié)果也有較好的吻合度,滑磨溫升階段偏差約10℃,表明溫度模型適用性高且結(jié)果可信。

        下表工況繼續(xù)探究離合器對偶鋼片的溫度分布及對流量變化的敏感性分析。

        表2 仿真工況

        3.1 溫度場分析

        工況1結(jié)果如圖5,工況2結(jié)果如圖6:

        圖5 外離合器對偶鋼片徑向溫分布

        圖6 內(nèi)離合器對偶鋼片徑向溫分布

        徑向溫度分布曲線圖5、圖6,其中r1>r2>r3>r4>r5,r1為離合器對偶鋼片凸緣部分,由此可見,離合器對偶鋼片的溫度分布規(guī)律為內(nèi)外邊緣低,靠近外側(cè)邊緣區(qū)域的溫度最高。

        3.2 冷卻流量敏感度分析

        考察內(nèi)離合器對冷卻流量的敏感度分析,工況3結(jié)果如圖7所示。

        離合器結(jié)合階段,冷卻流量較小時(shí),鋼片溫度受冷卻流量影響較大,隨著冷卻流量的增大對偶鋼片溫度受到的影響減小, 16L/min后,鋼片溫度對輸入流量的變化敏感度較低,約 2.6℃/(L/min);

        離合器分離階段,鋼片對輸入冷卻流量的敏感度比結(jié)合階段大,但隨流量的增大,鋼片的溫度對輸入流量的變化敏感度降低,16L/min后,約2.4℃/(L/min)。

        圖7 離合器不同階段的溫度變化率曲線

        4 結(jié)論

        通過對濕式雙離合器按一定的原則簡化對偶鋼片建立溫度模型,與試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化趨勢吻合,最高溫度數(shù)值上誤差約10%~12%,與整車測試數(shù)據(jù)對比也有較好的吻合度,驗(yàn)證建模方法的有效性及實(shí)用性,同時(shí)得出如下結(jié)論:

        (1)離合器對偶鋼片溫度在徑向方向的分布規(guī)律為,內(nèi)外邊緣低,靠近外邊緣區(qū)域溫度最高,需注重此區(qū)域的面壓分布情況;

        (2)離合器結(jié)合階段對輸入冷卻流量變化的敏感度較低,冷卻流量大于16L/min后,溫度變化受流量的影響很小,應(yīng)考慮控制滑磨時(shí)間等措施進(jìn)行保護(hù)。

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