基于流固热耦合的多片离合式限滑差速器润滑特性分析与优化

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电控限滑差速器(ELSD)、多片式离合器是电动汽车横向动力分配中比较重要的部件,本文通过对特定部件的结构特性、流体润滑特性、对流换热特性以及扭矩接合过程中研究与分析,提出了一种在封闭流体域内合理添加润滑油的方法,并且分析结构因素对传热的影响,构建散热稳态波动阶段的扭矩接合模型,并针对温度对扭矩接合的影响做出了分析。具体的内容如下:首先,对电控限滑差速器进行物理模型简化并介绍了流体流动的本构方程,在对比传统CFD软件和无网格的格子玻尔兹曼技术后,选用计算流体力学软件Xflow作为仿真模拟的技术支撑。紧接着对流体模型进行简化,针对仿真过程中散热较慢的问题采用了强化传热的方法。其次,本文以电动汽车用电控限滑差速器为研究对象,提出了一种考虑热效应影响下的润滑油量优化模型。文中首先基于计算流体力学(CFD)数值模拟方法,构建了电控限滑差速器仿真模型,建立齿轮转动中油液运动的速度、温度参数监测点;其次对不同转速、不同浸油深度等多种工况进行分析,确定了ELSD内润滑油量对对流换热性能的影响规律;最后以温度达到稳态波动后数值和达到温度稳态波动所需要的时间为评价指标,构建了优化模型。以具体参数为例,基于提出的优化模型,运用二次响应面法对仿真得到的多组结果进行方程拟合,得出润滑油量为占总体积37.21%时为最优,通过试验验证了模型的可行性。该方法为传动部件润滑油量的确定提供了新思路。然后,对多片离合器动力传递过程中的接合特性进行分析。通过摩擦片接合过程中的数学模型构建了其接合过程中的Simulink模型,并通过对不同结构不同环境温度下的仿真分析对油膜厚度、粘性扭矩、粗糙扭矩作出了规律性的探索,以具体的参数为例,当温度适当升高,油液中粘度会降低,油膜厚度较快达到平衡状态,摩擦片与对偶钢片接合过程中时间会相应减小,会使粘性扭矩的传递加快;温度对多片式离合器接合特性的影响主要表现在影响油膜变化快慢、扭矩变化快慢和扭矩变化幅度上,温度较高时,扭矩传递的相对快些且温度升高对粘性扭矩的影响较大。该分析过程在承接较优的润滑油量和较优的外壳尺寸后,揭示了散热稳态波动阶段的扭矩接合规律。最后,设计并搭建了强迫对流换热的试验台,基于该实验台进行了试验验证,试验过程中分别对240r/min、300r/min两种工况的差速器从动齿轮进行温升测定,然后再与仿真试验进行对比验证,结果验证了仿真试验的可行性。
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