液體粘性軟起動(dòng)裝置摩擦片傳熱機(jī)理研究_百度文庫

1、液體粘性軟起動(dòng)裝置摩擦片傳熱機(jī)理研究1清華大學(xué)工業(yè)工程系2山東科技大學(xué)周滿山1,2張媛2于巖2摘要:針對帶式輸送機(jī)液體粘性軟起動(dòng)裝置摩擦片的結(jié)構(gòu)特性, 將粘性流體力學(xué)和摩擦學(xué)原理有機(jī)結(jié)合, 分析起動(dòng)過程中摩擦片與油膜間的導(dǎo)熱過程, 推導(dǎo)出摩擦功耗計(jì)算公式及冷卻油對流換熱微分方程, 以保證液體粘性軟起動(dòng)裝置中摩擦片不至于溫度過高而損壞, 設(shè)計(jì)出滿足使用要求的液體粘性軟起動(dòng)裝置。關(guān)鍵詞:帶式輸送機(jī); 軟起動(dòng); 摩擦片; 傳熱Abstract :Based on mechanical characteristics of hydro -viscous s oft -start device used

2、 in or , this paper dis 2cusses heat transmission process between oil -film and friction disc , cooling oil differ 2ential equations. The designed s oft -start device can operate and sure t be broken due to overheating.K eyw ords :belt convey or ; -; 、長距離、平穩(wěn)起動(dòng), 使帶式輸送機(jī)從零速逐漸加速至正常工作速度, 降低輸送機(jī)動(dòng)載荷, 保證其平穩(wěn)安

3、全運(yùn)行, 延長各組成部分的使用壽命。1液粘可控軟起動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩方程液體粘性可控軟起動(dòng)裝置在起動(dòng)過程中通過調(diào)節(jié)摩擦片間的油膜間隙改變轉(zhuǎn)矩大小, 根據(jù)文獻(xiàn)1其起動(dòng)過程中的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為M =2(c +h R 22+R 2+2hR 22+R 2(1 式中n 摩擦片組數(shù)液體的動(dòng)力粘度摩擦片接觸系數(shù), 紙基摩擦片為015017A 摩擦片的面積, A =R 22-R 2 主從動(dòng)摩擦片角速度差,=2-1c 油槽深度, 一般為018mm 以內(nèi)h 2摩擦對偶面表面粗糙度綜合值R 2、R 1主、從動(dòng)摩擦片的接觸內(nèi)半徑和接觸外半徑式(1 描述的是液體粘性軟起動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)矩方程, 無法表征摩擦片表面和油膜的溫度狀態(tài), 要詳

4、細(xì)了解摩擦片和油膜的各點(diǎn)溫度狀態(tài), 必須從微元體的分析方法著手, 深入地分析起動(dòng)過程中摩擦片與油膜間的導(dǎo)熱過程。為了保證離合器摩擦片不至溫度過高而燒損, 我們假定摩擦片在額定起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下按最大的滑差長時(shí)間打滑運(yùn)轉(zhuǎn), 且摩擦片的溫度趨于穩(wěn)定狀態(tài), 其接觸比壓值都相等。在這種情況下, 由于油膜徑向尺寸不同, 在不同半徑處油膜的滑差發(fā)熱量也是不同的。從而使摩擦片與油膜的溫度沿半徑方向形成不同的溫度分布。2摩擦功耗計(jì)算為便于分析, 我們沿半徑方向建立如圖1所示的微元環(huán), 根據(jù)式(1 , 在r 上位置處微元環(huán)產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩為M =2(c +h +2h(r +d r 2+r 2(2 當(dāng)d r 1時(shí), 則單位

5、寬微元環(huán)上的摩擦功耗可以表示為p (r =M (r 1( 2c +h +22h(3式中1主動(dòng)摩擦片的角速度31起重運(yùn)輸機(jī)械2006(3 由上式可知, 摩擦片間油膜的摩擦功耗與半徑的平方成正比, 即半徑越大, 產(chǎn)生的摩擦熱越多。 圖1摩擦片微元體圖3摩擦片間的溫度分析由于主動(dòng)摩擦片與從動(dòng)摩擦片間產(chǎn)生高速滑差, 使油膜產(chǎn)生大量的摩擦熱, 如果溫度過高很容易使油質(zhì)變壞, 嚴(yán)重時(shí), 會(huì)使摩擦片燒損, 無法正常工作。, 度。液體粘性軟起動(dòng)裝置的起動(dòng)工況非常復(fù)雜, 有空載起動(dòng)、重載起動(dòng)、不確定載荷下起動(dòng)。不論那一種起動(dòng)工況, 只要滿足最困難條件下的起動(dòng)工況, 摩擦片將滿足其他一切工況條件, 而且這種困難條

6、件下的溫度分布也是最危險(xiǎn)的, 所以我們只要分析在額定起動(dòng)載荷下, 摩擦片長時(shí)間全速打滑這個(gè)起動(dòng)過程即可。在這個(gè)最困難起動(dòng)過程中, 起動(dòng)前主被動(dòng)摩擦片同樣是處于環(huán)境溫度狀態(tài)下, 在主動(dòng)摩擦片剛開始旋轉(zhuǎn)初期摩擦片間的溫度場將處于不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程。當(dāng)長時(shí)間處于額定起動(dòng)轉(zhuǎn)矩下打滑時(shí), 摩擦片間的溫度場將處于穩(wěn)態(tài)狀態(tài), 此時(shí), 產(chǎn)生的所有摩擦熱將通過冷卻油全部帶走。如果在這種狀態(tài)下立即重新起動(dòng), 摩擦片間的溫度將來不及重新分布, 可以認(rèn)為溫度場的分布與剛才的穩(wěn)定狀態(tài)相同。如果休止較長時(shí)間重新起動(dòng), 則和起動(dòng)初期的過程相同, 如果休止時(shí)間較短, 摩擦片間的溫度不至于降到環(huán)境溫度, 將是起動(dòng)初期的不穩(wěn)態(tài)過程中

7、的一部分。所以只要將起動(dòng)初期的不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程分析清楚, 其他都將滿足要求。對于主、從動(dòng)摩擦片間的傳熱過程作以下假定:認(rèn)為光片摩擦片是各向同性的連續(xù)介質(zhì), 其導(dǎo)熱系數(shù)1、比熱c 1、密度1均為已知, 且認(rèn)為在此溫度狀態(tài)下變化不大。而紙基摩擦片的紙基也是各向同性的連續(xù)介質(zhì), 其導(dǎo)熱系數(shù)2、比熱c 2、密度2均為已知, 且認(rèn)為在此溫度狀態(tài)下變化不大。根據(jù)圖1建立柱坐標(biāo), 對于光片摩擦片有以下的導(dǎo)熱微分方程39=a 29r2+r 9r +r 2292+29z 2+c (4式中a 導(dǎo)溫系數(shù), a =c對于紙基摩擦片則有以下的導(dǎo)熱微分方程9=a 129r 2+r 9r +r 2292+29z 2+c (5

8、可以認(rèn)為在起動(dòng)初期, 工程使用實(shí)踐也, 即光片摩擦片在設(shè)計(jì)和使用不。這樣也有利于簡化分析模型, 同時(shí)滿足工程應(yīng)用的需要。考慮摩擦片接觸區(qū)是軸對稱的, 摩擦片兩側(cè)的摩擦傳導(dǎo)對稱, 而且旋轉(zhuǎn)軸沒有內(nèi)熱源, 所以有9=0, q v =0, 則有29r 2+r 9r +29z 2=9(6 摩擦片兩側(cè)都是油, 則其旋轉(zhuǎn)面兩側(cè)表面的邊界條件為=0, t =t 0z =0,9zz =0=0(對稱性-9rz =2=a 1tz =2-t f 1r R 1, t =t 0z R 2, t =T 0根據(jù)摩擦片間的工作特點(diǎn)分析, 摩擦功耗產(chǎn)生的熱一部分傳導(dǎo)給摩擦片, 另一部分則由冷卻油對流帶走, 所以有-9r r =

9、R z =0=1002R f S +E (-R T +pR (l 1+l 2 -p 1Rl 2+(ph 21-p 1h 22 /l 2(7由于出現(xiàn)冷卻油的對流換熱過程, 則冷卻油的換熱過程必須滿足液體運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、能量方程, 對于不可壓縮的牛頓流體, 在柱坐41起重運(yùn)輸機(jī)械2006(3 標(biāo)系中可以如下表示3:連續(xù)方程為9r +r 9+9z +r =0(8動(dòng)量方程為9+u r +r 9+u z 9z -2r=F r -9r +29r 2+r 9r +r 2292+29z 2-r 29-r 2(99+u r 9+r 9+u z 9z -r =F -r 9+29r 2+r 9r +r

10、2292+29z 2-r 2+r 29(109+u r r +r 9+u z 9z=F r -9z +29r 9+9z 2-r 29-r 2(11能量方程為c p 9+u r 9r +r 9+u z=292+r 9+r 2+9z2+29r +r 9-u r2+2r 9+92+29z +9+k 29r 2+r 9r +r 2292+29z 2+q (12考慮到冷卻油是軸對稱的, 則有F i =0, 9=0,u z =0, 9=0, 上述方程可簡化為9r +r=0(13 u r 9r -u 2r =-9r +v 29r 2+9r r +29z 2u r 9r +r =v 29r 2+9r r +2

11、9z 29z=0(14c p9+u r 9=292+r 2+29r -r2+29+k 29r 2+r 9+q(15 。4結(jié)論以上理論分析說明, 為保證液體粘性軟起動(dòng)裝置中摩擦片不至于溫度過高而損壞, 必須深入研究摩擦片導(dǎo)熱機(jī)理, 計(jì)算出摩擦功耗, 以便確定冷卻潤滑油流量, 參考文獻(xiàn)1. D :學(xué)位論文.北京:北京理工大學(xué), 20032溫詩鑄. 摩擦學(xué)原理M.清華大學(xué)出版社, 19903趙學(xué)端等. 粘性流體力學(xué)M.機(jī)械工業(yè)出版社, 19934Besl M ichael L. T ransmitting T orque with an Oil -Shear Breakand Clutch. Mec

12、hanical Engineering , 1993, 115(11 :74775K ohei , Saeki , Shin. S tudy on the change of friction characteris 2tics with use in the wet clutch of automatic transmission Matsuo. S AE S pecial Publications , 19976Edward J , Sadeghi , Farshid , K rousgrill , Charles M. T orquetransmission characteristics of automatic transmission wet clutch 2es. T ribologists &LubricationEngine