兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 3056-3066.doi: 10.12382/bgxb.2022.0531
金嘉玺1, 杨树军1,*(), 彭增雄2, 陈俏儿1, 李学良1, 潘辉3, 连壮1
收稿日期:
2022-06-14
上线日期:
2023-10-30
通讯作者:
基金资助:
JIN Jiaxi1, YANG Shujun1,*(), PENG Zengxiong2, CHEN Qiao’er1, LI Xueliang1, PAN Hui3, LIAN Zhuang1
Received:
2022-06-14
Online:
2023-10-30
摘要:
针对限滑离合器多工况宽时长滑摩状态流、固传热及实际热流输入对温度场的非线性影响,考虑恒定热流分配模型无法满足接触界面温度连续的局限,提出以摩擦副间隙油膜等效假设计算等效对流传热系数的新方法。建立动态热流分配过程中限滑离合器全润滑状态温度场预测模型,搭建滑摩试验台并开展了6组不同润滑油温、相对转速差试验测试。研究结果表明:所建立模型有效降低了温度计算偏差,预测最大误差为7.6%,为非稳态连续滑摩离合器温度场研究提供了理论依据;将离合器温升分为快速增加阶段A和平稳变化阶段B,随着相对转速差提升,对偶钢片在阶段A输入热流降低值、对流传热等效功率递增值变化明显,平均温升速率随总滑摩热流密度增加而加快,并在阶段B热流输入与传热输出达到了稳态并趋于平衡。
中图分类号:
金嘉玺, 杨树军, 彭增雄, 陈俏儿, 李学良, 潘辉, 连壮. 基于等效传热和动态热流分配的限滑离合器温度场研究[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 3056-3066.
JIN Jiaxi, YANG Shujun, PENG Zengxiong, CHEN Qiao’er, LI Xueliang, PAN Hui, LIAN Zhuang. Temperature Field Analysis of Limited Slip Clutch Based on Equivalent Heat Transfer and Dynamic Heat Flux Partition[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 3056-3066.
参数 | 数值 | ||
---|---|---|---|
钢片 | 摩擦衬片 | 润滑油 | |
密度ρ/(kg·m-3) | 7860 | 1785 | 855 |
热导率K/(W·m-1·K-1) | 48 | 0.22 | 0.131 |
比热容c/(J·kg-1·K-1) | 500 | 1008 | 2040 |
摩擦副内径r1/m | 0.0595 | ||
摩擦副外径r2/m | 0.075 | ||
摩擦衬片渗透性ϕ/m2 | 1×10-13 | ||
摩擦衬片厚度d/m | 0.4×10-3 | ||
微凸体曲率半径β/m | 8×10-4 | ||
微凸体分布密度N/m-2 | 7×107 | ||
联合粗糙度均方根值σ/m | 8.4×10-6 | ||
摩擦副等效弹性模量E/MPa | 4.84×109 | ||
液压缸内径ri/m | 0.0595 | ||
液压缸外径ro/m | 0.075 | ||
沟槽数量ng/个 | 40 | ||
沟槽宽度wg/m | 0.002 | ||
沟槽深度hg/m | 0.0004 | ||
润滑油动力黏度μ/(m2·s-1) | 0.062 |
表1 摩擦副参数
Table 1 Parameters of friction pairs
参数 | 数值 | ||
---|---|---|---|
钢片 | 摩擦衬片 | 润滑油 | |
密度ρ/(kg·m-3) | 7860 | 1785 | 855 |
热导率K/(W·m-1·K-1) | 48 | 0.22 | 0.131 |
比热容c/(J·kg-1·K-1) | 500 | 1008 | 2040 |
摩擦副内径r1/m | 0.0595 | ||
摩擦副外径r2/m | 0.075 | ||
摩擦衬片渗透性ϕ/m2 | 1×10-13 | ||
摩擦衬片厚度d/m | 0.4×10-3 | ||
微凸体曲率半径β/m | 8×10-4 | ||
微凸体分布密度N/m-2 | 7×107 | ||
联合粗糙度均方根值σ/m | 8.4×10-6 | ||
摩擦副等效弹性模量E/MPa | 4.84×109 | ||
液压缸内径ri/m | 0.0595 | ||
液压缸外径ro/m | 0.075 | ||
沟槽数量ng/个 | 40 | ||
沟槽宽度wg/m | 0.002 | ||
沟槽深度hg/m | 0.0004 | ||
润滑油动力黏度μ/(m2·s-1) | 0.062 |
影响因素 | 数值 |
---|---|
压力/MPa | 0.4 |
相对转速差/(r·min-1) | 40,60,80 |
润滑油温/℃ | 30,65 |
表2 试验工况
Table 2 Experimental conditions
影响因素 | 数值 |
---|---|
压力/MPa | 0.4 |
相对转速差/(r·min-1) | 40,60,80 |
润滑油温/℃ | 30,65 |
热流分配 | 润滑油温 | 相对速差/ (r·min-1) | 偏差/℃ | 误差/% |
---|---|---|---|---|
40 | 34.5 | 35.1 | ||
30 | 60 | 26.9 | 26.7 | |
恒定 | 80 | 43.1 | 38.6 | |
40 | 28.0 | 24.8 | ||
65 | 60 | 42.2 | 34.1 | |
80 | 53.3 | 36.2 | ||
40 | 3.2 | 3.3 | ||
30 | 60 | 7.7 | 7.6 | |
动态 | 80 | 1.2 | 1.1 | |
40 | 1.8 | 1.7 | ||
65 | 60 | 6.5 | 5.3 | |
80 | 7.9 | 5.4 |
表3 仿真与试验最大温度差值对比
Table 3 Relative errors of maximum temperature between numerical and experimental results
热流分配 | 润滑油温 | 相对速差/ (r·min-1) | 偏差/℃ | 误差/% |
---|---|---|---|---|
40 | 34.5 | 35.1 | ||
30 | 60 | 26.9 | 26.7 | |
恒定 | 80 | 43.1 | 38.6 | |
40 | 28.0 | 24.8 | ||
65 | 60 | 42.2 | 34.1 | |
80 | 53.3 | 36.2 | ||
40 | 3.2 | 3.3 | ||
30 | 60 | 7.7 | 7.6 | |
动态 | 80 | 1.2 | 1.1 | |
40 | 1.8 | 1.7 | ||
65 | 60 | 6.5 | 5.3 | |
80 | 7.9 | 5.4 |
相对转速差/ (r·min-1) | 总滑摩热流/W | 等效对流传热 系数均值 |
---|---|---|
40 | 122 | 224 |
60 | 174 | 237 |
80 | 239 | 251 |
表4 离合器不同相对转速差产散热能力
Table 4 Production and dissipation of heat under different relative speeds of clutch
相对转速差/ (r·min-1) | 总滑摩热流/W | 等效对流传热 系数均值 |
---|---|---|
40 | 122 | 224 |
60 | 174 | 237 |
80 | 239 | 251 |
相对转速差/ (r·min-1) | 润滑油温/℃ | |
---|---|---|
30 | 65 | |
40 | 1.44 | 1.10 |
60 | 1.53 | 1.46 |
80 | 1.90 | 2.24 |
表5 离合器不同工况平均温升速率
Table 5 Average growth rate of clutch temperature under different operating conditions ℃/s
相对转速差/ (r·min-1) | 润滑油温/℃ | |
---|---|---|
30 | 65 | |
40 | 1.44 | 1.10 |
60 | 1.53 | 1.46 |
80 | 1.90 | 2.24 |
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