522 履帶拖拉機無級變速器設(shè)計(行星機構(gòu)設(shè)計)(有cad圖)
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外文資料譯文
離合器
一 緒論
離合器是用來傳遞發(fā)動機的動力給驅(qū)動部件并使它們有相同的速度,一旦這種關(guān)系定下來,離合器一定要有能力傳遞最大轉(zhuǎn)矩而絕不可以打滑。復(fù)合多片式離合的主要特征是隨著動力傳遞的增加需要的片數(shù)越多,因為這樣可以減少盤的直徑以達到結(jié)構(gòu)緊湊的目的。自動變速器的幾個離合器是用來接合和分離不同的行星齒輪。這種類型的離合器包含幾片摩擦片,離合器盤的主要構(gòu)件是離合器的摩擦片,它是由低碳鋼和摩擦材料粘接起來的。夾板把摩擦片夾在輸入軸上,而每一片又是緊托在離合器室里面。圖一說明了離合器的結(jié)合原理。盤a迫使和輸入軸一起旋轉(zhuǎn),盤b和輸出軸一起旋轉(zhuǎn),當離合器分離時,離合器盤自由狀態(tài)的分開,當離合器接合時,它們又緊緊的聯(lián)在一起。
在工作的時候,分離的鋼片和摩擦片由壓力迫使的接合在一起,運動是扭矩也就產(chǎn)生了,大多數(shù)的多片離合器包括自動變速器,都要靠油進行運轉(zhuǎn),在離合器工作的時候,油作為有效的冷卻劑,和用來降低摩擦在工作中的磨損,這條能量傳遞的選擇,一般在摩擦能量區(qū)域范圍之內(nèi),因為摩擦材料是一種典型的低熱量導體,在離合器短暫的結(jié)合期間,摩擦的熱量在未被冷卻液帶走之前,是靠鋼鐵材料吸收的,大量的溫升傳給了鋼片。
工作離合器的特點是,它們靠設(shè)計因素和運轉(zhuǎn),以及它們之間的綜合的相互作用,幾個綜合的要素要考慮在設(shè)計多片離合器中,離合器穩(wěn)定傳遞轉(zhuǎn)矩的能力,結(jié)合后傳遞轉(zhuǎn)矩不打滑,轉(zhuǎn)移動力,吸收動能,以及離合器在工作中控制汽車慣性的能力,離合器的靜轉(zhuǎn)矩直接依靠離合器盤提供的壓力,靜摩擦系數(shù)、摩擦片的幾何形狀以及摩擦片的片數(shù),離合器靜摩擦階段,大量的熱量傳給離合器盤。
在大多數(shù)的離合器中,所有離合器片的工作規(guī)律應(yīng)盡可能一致,然而,由于盤與盤之間的間隙的限制和工作的要求,很多離合器沒有同樣加載的能力,導致加載壓力和溫度大量的升高,這是在五片或六片離合器中,確實存在的問題。在離合器盤中,特別高的加載溫度和溫度的傾斜會導致摩擦材料的損壞和脫落,連接實效以及其他方面的失敗。因此,在設(shè)計離合器過程中,必須提前預(yù)測離合器的理論傳遞能力。
這樣看來,離合器設(shè)計的早期工作,要獨立的考慮連接和工作的問題,作為限制性分析,這篇論文講解的是限制性的分析的發(fā)展過程,那就是預(yù)測多片離合器存在短暫的溫度,連接和溫度的解決是在模擬分析中解決的,穩(wěn)度和熱量流在離合器運行期間預(yù)測,這些限制的條件需要試驗數(shù)據(jù)的糾正,一個很一致的觀點是離合器盤的溫升是在第一次結(jié)合中獲得的,這個發(fā)展觀點的想法明白了熱量在離合器工作過程中的轉(zhuǎn)移,而且降低了發(fā)展實踐和成本。
多片離合器中的熱量和機械運動的影響,集中起來被看作是恒溫器接觸的問題,這種方法被用來設(shè)計離合器和制動器。這個模型有全部的磁盤組成,其他組成部分被看作是彈性和熱量的導體。這項研究的目的是縮短設(shè)計時間和設(shè)計的靈活性,一個二維的不均勻模型比一個三維的大?;ㄦI齒在一個二維的模型里,不能被表達出來。但是,合適的材料運用在相似的領(lǐng)域里是不會變形的。Orzelowski,Wicher和Heoetal在三維和二維之間,比較得出一個正確的結(jié)果,在二維模擬的情況下,一個震動片的模型是一個平臺,計算出來的溫度也時常干擾。
一個普通的教授Hypermesh建立了離合器的這個模型,ABAQUS軟件被應(yīng)用來短暫的溫度上升。模擬的最初目的是來交叉選擇幾何形狀、壓力以及圓周的標準的滑動速度,機械運動、材料的溫升、滑動率。圖表2 顯示了這個多片離合器的模型。
二 熱量模型
在自動變速傳動里面,離合器把動力傳遞給齒輪排擋,一個普通的傳遞是同時由一個離合器傳遞給低檔齒輪而又結(jié)合另一個離合器傳給高檔齒輪,通過離合器操作的四個階段,將溫度模型分為四個步驟:結(jié)合、咬合、分離、釋放。第一步離合器的結(jié)合對溫度問題這是最重要的階段,摩擦熱量與結(jié)合壓力、盤的半徑、滑動速度和滑動摩擦系數(shù)有關(guān)。第二步離合器的咬合,在這個階段,離合器的壓力帶到最大,這個階段對于鏈接來說很最要,熱量通過流動被帶走,在圖二種表達了離合器的整個界面。第三步離合器的分離,這個階段的能量的產(chǎn)生與第一階段的能量的產(chǎn)生很相似。第四部離合器的釋放,產(chǎn)生的熱量通過第一步和第三步以及慢慢的傳遞消散了。在離合器室里面所產(chǎn)生冷卻以及所有離合器鋼片的冷卻在圖2c中表達出來。Marghitu指出,原油允許傳遞的范圍在一百道一千度之間,溫度傳遞也是靠離合器的尺寸和潤滑油的流動,Xiang和Klemer演示了濕式離合器的熱量傳遞,發(fā)現(xiàn)了熱量傳遞在潤滑油在鋼片之間。圖3顯示了熱量在兩層面之間的傳遞。因此,熱量傳遞在兩千焦時給了一個潤滑油帶走的速率。社會標準的自動工程機械是一種慣性濕式的,它用來濕式離合器的試驗。這個試驗表明靜摩擦力依賴溫度和速度,然而,固定的摩擦系數(shù)又希望齒輪傳動的質(zhì)量高,為了解釋這個模型,靜摩擦系數(shù)、材料的熱容量和溫度流應(yīng)該包括在這項研究里面。
2 模擬的結(jié)果
五次成功的模擬得到了穩(wěn)定的狀態(tài)。每次模擬包括四步,比如結(jié)合、咬合、分離和釋放。圖4a顯示了在第五次此時的溫度變化情況,圖4b顯示了離合器的能量,離合器結(jié)合的能量是1860J,而分離式的能量是1400J。圖4c顯示了結(jié)合時壓力下的摩擦力。
3 試驗和模型的證實
這個試驗是由兩個轉(zhuǎn)移性的發(fā)動機,在長的工作臺上進行的圓周運動的測量。圖5顯示出來了在中間安裝了3個外盤,同時三對安裝在前面移動盤接觸的區(qū)域,其他3個安裝在前面的空間區(qū)域,就象圖5這樣安裝,溫度是兩次溫度的平均。
最初測試的溫度是55度左右,經(jīng)過第一次結(jié)合后離合器盤中心的溫度為100~105左右,那就是溫度上升了45左右,圖6顯示了這個循環(huán)周期,圖6a顯示了測試的平均溫度,圖6b展示了在試驗周期的過程中,移動盤中的溫度,總的14%的溫度的變化是在移動盤接觸的第一次和第三次之間,比較結(jié)果和正確的預(yù)測,圖7a和圖7b顯示出測锝和預(yù)測的只有幾度的不同,主要是由于溫度的傾斜,圖7b顯示出來高于最高溫度只有6度左右,在對流的階段,發(fā)現(xiàn)測試時間比預(yù)測時間晚,當然這是又有周期熱量的抵抗,圖7b顯示了FEA的預(yù)測,在離合器咬合的時候有一個漏洞,導致能量流動轉(zhuǎn)移,在離合器咬合的期間,剛開始帶走的熱量很重要,因為測試要得到穩(wěn)定的觀察結(jié)果,在釋放階段,這里預(yù)測和測量有更大的不同,這個現(xiàn)象可以這樣來解釋,鋼片的影響的和摩擦系數(shù)并不是理想的那樣。然而在整個周期中,帶走的能量是平衡的。
結(jié)論
這個論文描述了FEA模型的發(fā)展,它有能力預(yù)測多片離合器有溫度的能力,接觸和溫度問題在離合器盤分析中同時被解決。FEA預(yù)測和試驗數(shù)據(jù)時正確的。一個一致的答案僅有5%的差異,離合器的溫升在第一次接合時得到,特別是離合的高溫和溫度的傾斜,會導致摩擦材料的脫落甚至破壞其他模型,在這項研究中觀察發(fā)現(xiàn),如果在離合器咬合階段,或者兩次接觸的時間不長,離合器在下次結(jié)合之前,決不會出現(xiàn)溫升,在這樣情況下,溫度很不容易形成干擾,這個方法的發(fā)展,改進了理解多片離合器的熱量轉(zhuǎn)遞,減少了生產(chǎn)發(fā)展的時間和成本。這個研究用連續(xù)的摩擦系數(shù),然而,F(xiàn)EA用連續(xù)的摩擦系數(shù)會更加精確。進一步的研究表明,用計算機計算靜力流體將更精確、更能評價離合器的溫度。
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