湿式离合器的离心轴供油冷却研究

硕 士 学 位 论 文MASTER DISSERTATION论 文 题 目 ： 湿 式 离 合 器 的 离 心 轴 供 油 冷 却 研 究学 位 类别 学 科 专业 年级研 究 生 指 导 老师2013年 5月工 学 硕 士 机 械 电 子 工 程2010王 小 虎于 兰 英 副 教 授W内图书分类： U463.211 丨 :包 际 图 书 分 类 621.8密级：公开西 南 交 通 大 学研 究 生 学 位 论 文湿 式 离 合 器 的 离 心 轴 供 油 冷 却 研 究年 级 _2010姓 名 _王 小 虎申 请 学 位 级 别 工 学 硕 士专 业 机 械 电 子 工 程指 导 教 师 于 兰 英 副 教 授二 零 一 三 年 五 月 十 六 曰Classified Index: U463.211 U.D.C: 621.8Southwest Jiaotong UniversityMaster Degree ThesisSTUDY ON CENTRIFUGAL SHAFT OILCOOLING OF THE WET CLUTCHGrade: Candidate: Academic Degree Applied for:Speciality:Supervisor:2010Wang Xiaohu Master of Engineering Mechatronics Engineering Associate Prof. Yu LanyingMay. 16, 2013西 南 交 通 大 学学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书木 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 規 定 ， 同 意 学 校 保 留 井 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本 人 授 权 西 南 交 通 大 学 可 以 将 本 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 編 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 印 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。本 学 位 论 文 属 于1.保 密 ， 在 年 解 密 后 适 用 木 授 权 书;2. 不 保 密 使 用 本 授 权 书 。(请 在 以 上 方 框 内 打 “ V”）学 位 论 文 作 者 签 名 :曰 期 ： /J.)指 导 老 师 签 名 :曰 期 ： ， r西 南 交 通 大 学 硕 士 学 位 论 文 主 要 工 作 （ 贡 献 ） 声 明本 人 在 学 位 论 文 中 所 做 的 主 要 工 作 或 贡 献 如 下 ：(1) 针 对 所 需 研 究 的 強 制 循 环 冷 却 液 的 离 合 器 模 型 ， 提 出 了 改 进 结 构 离 心 轴 供 油 冷 却 ， 并 对 这 两 种 不 同 冷 却 形 式 的 结 构 提 出 了 油 路 仿 真 模 型 ；(2) 在 ANSYS-CFX软 件 中 将 强 制 循 环 冷 却 液 和 离 心 轴 供 油 冷 却 的 温 度 场 进 行 了 仿 真 研 究 ， 対 比 分 析 了 摩 擦 片 表 面 平 均 温 度 及 摩 擦 片 间 换 热 量 的 差 异 。 针 对 换 热 效 果 较 好 的 离 心 轴 供 油 方 式 ， 进 行 了 喷 油 孔 直 径 的 优 化 设 计 分 析 。(3) 対 比 分 析 了 冷 却 液 流 量 、 离 心 轴 转 速 、 摩 擦 片 分 离 间 隙 等 因 素 对 摩 擦 片 表 面 的 平 均 温 度 和 片 间 换 热 量 的 影 响 规 律 ， 提 出 了 对 以 上 三 种 不 同 况 的 优 化 策 略 。本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 在 导 师 指 导 下 独 立 进 行 研 究 工 作 所 得 的 成 果 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人 或 集 体 己 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 己 在 文 中 作 了 明 确 的 说 明 。 本 人 完 全 了 解 违 反 上 述 声 明 所 引 起 的 一 切 法 律 责 任 将 由 本 人 承 担 。学 位 论 文 作 者 签 名 ： M、 冷 u曰 期 ： / 6西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 I页摘 要湿 式 多 片 摩 擦 离 合 器 是 传 动 系 统 中 一 个 非 常 重 要 的 部 件 ， 它 依 靠 摩 擦 片 与 对 偶 钢 片 之 间 的 摩 擦 力 实 现 动 力 传 递 ， 随 着 对 湿 式 离 合 器 的 不 断 开 发 和 研 究 ， 现 如 今 湿 式 离 合器 己 被 广 泛 应 用 于 车 辆 、 船 舶 及 工 程 机 械 中 。 当 离 合 器 的 摩 擦 片 和 对 偶 钢 片 结 合 并 逐 步达 到 同 步 运 动 吋 ， 由 于 两 个 盘 片 转 动 速 度 不 相 同 ， 盘 片 间 将 发 生 相 互 滑 摩 产 生 大 量 摩 擦热 。 如 果 摩 擦 所 产 生 的 热 量 得 不 到 及 时 的 散 去 ， 可 能 导 致 摩 擦 片 的 失 效 ， 直 接 影 响 离 合 器的 整 体 使 用 性 能 。鉴 于 此 ， 本 文 完 成 了 以 下 主 要 研 究 内 容 ：(1) 研 究 分 析 了 飞 溉 或 “油 雨 ”冷 却 、 強 制 循 环 冷 却 液 冷 却 和 轴 心 供 油 冷 却 这 三 种 供 油 方 式 的 结 构 和 原 理 ， 并 针 对 所 需 研 究 的 強 制 循 环 冷 却 液 的 离 合 器 模 型 ， 提 出 了改 进 结 构 离 心 轴 供 油 冷 却 。 并 对 这 两 种 不 同 冷 却 形 式 的 结 构 提 出 了 油 路 仿 真 模 型 ；(2) 在 三 维 绘 图 软 件 ProE中 建 立 了 油 路 仿 真 模 型 ， 并 利 用 网 格 划 分 软 件 ICEM完 成 了 油 路 结 构 中 相 关 部 分 的 网 格 划 分 工 作 。 在 ANSYS-CFX软 件 中 将 強 制 循 环 冷 却 液 和 离 心 轴 供 油 冷 却 的 温 度 场 进 行 了 仿 真 研 究 ， 对 比 分 析 了 摩 擦 片 表 面 平 均 温 度 及 摩 擦 片间 换 热 量 的 差 异 。 针 对 换 热 效 果 较 好 的 离 心 轴 供 油 方 式 ， 进 行 了 喷 油 孔 直 径 的 优 化 设 计分 祈 。 根 据 冷 却 后 摩 擦 片 表 面 的 温 度 分 布 情 況 ， 对 喷 油 孔 直 径 提 出 了 优 化 设 计 的 思 路 ；(3) 分 析 了 摩 擦 片 表 面 冷 却 时 所 需 冷 却 液 流 量 ， 并 总 结 得 出 了 比 流 量 （ 单 位 摩 擦 表 面 上 的 冷 却 液 流 量 ） 计 算 公 式 。 对 比 分 析 了 冷 却 液 流 量 、 离 心 轴 转 速 、 摩 擦 片 分 离间 隙 等 因 素 对 摩 擦 片 表 面 的 平 均 温 度 和 片 间 换 热 量 的 影 响 规 律 ， 提 出 了 对 以 上 三 种 不 同 况 的 优 化 策 略 。本 文 基 于 离 心 轴 供 油 冷 却 方 式 所 研 究 得 出 的 湿 式 离 合 器 摩 擦 片 表 面 温 度 分 布 規 律 ， 对 改 善 湿 式 多 片 摩 擦 离 合 器 的 使 用 状 况 、 延 长 其 使 用 寿 命 以 及 高 性 能 湿 式 离 合 器 冷 却系 统 的 设 计 开 发 有 一 定 的 理 论 和 实 际 意 义 。关 键 词 ： 湿 式 离 合 器 ； 摩 擦 副 ； 离 心 轴 供 油 ； 温 度 场 ； 冷却西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 II页AbstractAs an important component widely used in vehicles, ships and engineering machineries， wet multi-disk clutch transmits power wmch comes from engine, depending on the mction force between friction discs and steel discs. In the engagement process of wet multi-disk clutch, because of the rotation speed difference between driving parts and driven parts, relative sliding exists in the friction pairs, and a mass of friction heat is generated. If wet multi-disk clutch at work temperature is greater than the heat capacity design itseli, it will lead to resulte in the hot cracks, warping of discs, regional burning loss and stripping of surface materials, and it will have direct influence on the vehicle reliability and safety.This pape rmainly includes the following contents:(1) study on the splash or “oil-rain“ cooling，forced circulation cooling liquid and axis structure, and analysis the principle of the three kinds of oil cooling supply, and based on the clutch model for forced circulation cooling liquid, put forward the improvement structurethe centrifugal shaft oil cooling. The circuit simulation model is proposed for the two kinds of different cooling structure;(2) using the three-dimensional drawing software ProE, the two simulation models are established, and with the meshing software ICEM completed the grid job related part of the circuit structure. The temperature field of forced circulation cooling liquid and the centrifugal shaft oil cooling are simulated in the ANSYS-CFX, the simulation, comparison and analysis of the difference of heat transfer between the friction plates surfaces are established. The centrifugal shaft oil supply heat exchange effect is good, and the optimization design of injection hole diameter puts forward optimization design method;(3) analysis the coolant flow required on the friction surface cooling，and summarizes the specified is charge (unit mction coolant flow on the surface)formula. Comparative analysis of the cooling flow，centrifugal snaft rotating speed, friction plate separation gat) influence factors on the effect or heat transfer between the friction plate. Summarized the influence regularity of heat exchange of different conditions on the friction surface average temperature and sheets, and put forward the optimization strategy.This article on wet multi-disk clutch friction plate temperature characteristic research has a certain theoretical and practical significance to improve the wet multi-disk mction clutch performance, prolong the service life and high performance of the wet multi-disk clutch design and development.Key words： Wet multi-aisk clutch ; Friction pair ; Temperature ;CFD simulation西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 III页目 录第 1章 绪 论 .11.1研 究 目 的 及 意 义 11.2湿 式 离 合 器 简 介 21.2.1湿 式 与 丁 式 离 合 器 対 比 21.2.2摩 擦 片 摩 擦 材 料 21.2.3摩 擦 片 油 槽 结 构 .31.3湿 式 离 合 器 的 国 内 外 研 究 现 状 31.4本 课 题 的 研 究 内 容 .4第 2章 湿 式 离 合 器 冷 却 系 统 供 油 方 式 研 究 52.1湿 式 离 合 器 对 流 换 热 分 析 .52.1.1端 面 对 流 换 热 系 数 的 研 究 52.1.2淘 槽 对 流 换 热 系 数 的 研 究 62.2离 合 器 冷 却 系 统 供 油 方 式 研 究 72.2.1飞 濺 或 “油 雨 ”冷 却 82.2.2强 制 循 环 冷 却 液 冷 却 .92.2.3轴 心 供 油 冷 却 .102.3离 心 轴 供 油 冷 却 系 统 研 究 .112.3.1离 心 轴 冷 却 系 統 的 提 出 .112.3.2 CFD仿 真 时 存 在 的 关 键 问 题 .132.4本 章 小 结 .13第 3章 离 合 器 油 路 结 构 对 温 度 的 影 响 分 析 143.1计 算 流 体 动 力 学 分 析 理 论 .143.1.1湍 流 基 本 方 程 .143.1.2湍 流 方 程 的 通 用 形 式 .143.1.3湍 流 方 程 离 散 .153.1.4三 维 湍 流 模 型 .173.1.5近 壁 区 的 壁 面 函 数 法 .173.1.6仿 真 假 设 .193.2冷 却 系 統 的 建 模 .193.3冷 却 系 统 仿 真 分 析 对 比 213.5不 同 喷 油 孔 直 径 的 影 响 分 析 253.5.1摩 擦 片 温 度 分 布 .25西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 IV页3.5.2分 离 间 隙 油 压 .333.6木 章 小 结 .34第 4章 离 合 器 使 用 况 对 摩 擦 片 温 度 的 影 响 354.1不 同 入 口 油 量 的 影 响 .354.1.1冷 却 流 量 计 算 354.1.2不 同 入 口 流 量 的 影 响 374.2不 同 离 心 轴 转 速 的 影 响 .434.3不 同 分 离 间 隙 的 影 响 .504.4本 章 小 结 53结 论 与 展 望 . 54麵 .55詩 謹 .56攻 读 学 位 期 间 发 表 的 学 术 论 文 .60西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 1页第 1章 绪论1.1研 究 目 的 及 意 义摩 擦 离 合 器 是 传 动 系 统 中 非 常 重 要 的 一 个 部 件 ， 其 主 要 作 用 是 实 现 动 力 的 传 输 和 切 断 、 改 变 传 动 件 的 工 作 状 态 ， 以 及 作 为 起 动 和 过 载 时 的 安 全 保 护 装 置 。 当 离 合 器 的 摩 擦 片 和 对 偶 钢 片 结 合 并 逐 步 达 到 同 步 运 动 时 ， 由 于 两 个 盘 片 转 动 速 度 不 相 同 ， 盘 片 间 将 发 生 相 互 滑 摩 产 生 大 量 摩 擦 热 。 如 果 摩 擦 所 产 生 的 热 量 得 不 到 及 时 的 散 去 ， 可 能 导 致 摩 擦 片 的 失 效 ， 直 接 影 响 离 合 器 的 整 体 使 用 性 能 1_3。 如 图 1-1所 示 ， 离 合 器 摩 擦 片 表 面 磨 损 较 为 严 重 ， 油 槽 已 出 现 多 处 磨 损 ， 且 颜 色 较 深 ； 対 偶 片 磨 损 比 较 明 显 ， 深 色 区 域 较 多 。 由 此 可 以 看 出 滑 摩 过 程 产 生 的 摩 擦 热 对 盘 片 的 损 坏 影 响 。图1-1烧损的离合器摩擦片在 摩 擦 片 接 触 过 程 中 ， 由 于 接 触 面 存 在 压 力 不 相 同 的 现 象 ， 这 就 使 得 在 接 触 压 力 相 对 较 高 的 区 域 滑 摩 产 生 较 大 的 摩 擦 热 量 ， 形 成 温 度 相 对 较 高 的 区 域 。 有 较 高 温 度 的 区 域 又 会 出 现 较 高 的 热 膨 胀 ， 从 而 使 得 接 触 压 力 更 高 4。 在 这 种 压 力 和 温 度 的 相 互 作 用 下 ， 产 生 的 摩 擦 热 将 导 致 摩 擦 面 上 产 生 局 部 高 温 点 ， 对 摩 擦 片 的 表 面 材 料 及 使 用 性 能 造 成 不 利 的 影 响 。因 此 研 究 离 合 器 冷 却 系 统 的 散 热 能 力 和 优 化 冷 却 条 件 对 离 合 器 的 再 开 发 是 十 分 重 要 的 。 本 文 以 某 湿 式 多 片 摩 擦 离 合 器 为 研 究 対 象 ， 针 对 离 合 器 摩 擦 片 分 离 时 的 冷 却 模 型 ， 建 立 了 两 种 不 同 结 构 形 式 的 冷 却 流 场 。 通 过 对 离 合 器 摩 擦 间 冷 却 流 场 的 研 究 以 及 对 不 同 况 下 流 场 特 性 的 分 析 ， 为 离 合 器 性 能 的 改 善 提 供 依 据 ， 为 不 同 冷 却 流 场 的 研 究 提 供 理 论 与 现 实 指 导 意 义 。西 南 交 通大 学 硕 士研 究 生 学位 论 文第 2页1.2湿 式 离 合 器 简 介 1.2.1湿 式 与 干 式 离 合 器 对 比相 比 于 T式 离 合 器 ， 同 等 情 况 下 的 湿 式 离 合 器 的 具 有 相 对 较 小 的 质 量 和 转 动 惯 量 ; 在 液 压 系 统 控 制 作 用 下 ， 摩 擦 片 的 接 触 和 分 离 便 于 控 制 。 因 此 如 今 湿 式 离 合 器 己 在 自 动 变 速 箱 中 得 到 了 更 为 广 泛 的 应 用 。 其 优 点 具 体 有 ：(1) 湿 式 离 合 器 内 充 满 着 冷 却 油 液 ， 摩 擦 片 得 以 浸 在 冷 却 油 中 不 断 被 冷 却 散 热 ， 摩 擦 片 表 面 的 温 度 得 到 有 效 的 控 制 。 这 样 使 得 摩 擦 片 的 磨 损 大 大 降 低 ， 湿 式 离 合 器 的 工 作 性 能 得 到 提 高 ；(2) 湿 式 离 合 器 的 摩 擦 片 与 对 偶 钢 片 接 触 和 分 离 都 是 在 高 压 油 的 作 用 下 完 成 的 ， 由 于 两 个 盘 间 存 在 油 膜 的 作 用 ， 因 此 接 触 和 分 离 的 过 程 更 加 顺 畅 ， 离 合 器 的 输 出 转 矩 相 对 更 加 稳 定 ；(3) 在 不 增 加 摩 擦 表 面 単 位 面 积 的 压 力 的 情 况 下 ， 可 以 通 过 改 变 摩 擦 副 的 数 量 来 调 整 输 出 扭 矩 的 大 小 。(4) 在 高 压 油 推 动 活 塞 使 得 摩 擦 片 与 对 偶 钢 片 结 合 吋 ， 由 于 盘 片 表 面 単 位 面 积 的 压 力 比 较 均 匀 ， 因 此 所 产 生 的 滑 摩 较 为 均 匀 。 同 时 由 于 两 个 盘 片 间 的 油 膜 作 用 ， 在 很 大 程 度 上 降 低 了 摩 擦 片 的 磨 损 率 。 湿 式 离 合 器 的 磨 损 率 比 干 式 摩 擦 低 2 3个 数 量 级 ， 而 使 用 寿 命 是 千 式 离 合 器 的 3 5倍 m。湿 式 离 合 器 同 样 存 在 不 足 之 处 ， 主 要 如 下 ： 干 式 离 合 器 利 用 机 械 装 置 加 压 （ 如 ： 弹 簧 式 、 离 心 式 等 ） ， 而 湿 式 离 合 器 则 采 用 高 压 袖 ， 这 样 给 加 压 装 置 的 设 计 和 安 装 有 一 定 的 困 难 一固体壁面的温度，（c);7 周 围 流 体 的 温 度 ， （ C)。由 公 式 （ 2-1)可 知 ， 対 流 换 热 系 数 的 大 小 在 某 种 程 度 上 直 接 体 现 了 对 流 换 热 过 程 中 冷 却 液 所 带 走 热 量 的 大 小 ， 因 此 在 仿 真 换 热 吋 ， 能 否 准 确 计 算 対 流 换 热 系 数 决 定 了 仿 真 计 算 的 精 度 。 在 离 合 器 摩 擦 片 与 对 偶 片 分 离 吋 ， 対 流 换 热 过 程 主 要 发 生 在 盘 片 的 端 面 和 沟 槽 内 ， 因 此 应 当 分 别 来 计 算 其 中 的 対 流 换 热 系 数 。2.1.1端 面 対 流 换 热 系 数 的 研 究在 离 合 器 摩 擦 片 分 离 吋 ， 摩 擦 片 盘 面 的 対 流 换 热 系 数 计 算 可 以 近 似 为 横 掠 圆 柱 体 的 强 迫 对 流 传 热 34_35， 其 计 算 公 式 为 (2-2):h=cA(y?r3/d0 (2-2)式 中 c,-常 数 ， 由 文 献 33查 阅 取 值 ；又 一 冷 却 油 热 传 导 系 数 ， （ w/(m-k);西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 6页V。 一 摩 擦 片 端 面 冷 却 液 运 动 线 速 度 ， （m /s); Pr 一普 朗 特 数 ， 常 数 取 值 由 冷 却 油 品 质 決 定 ； V 冷 却 油 的 运 动 粘 度 ， （m 2/s);纥 一 摩 擦 片 及 钢 片 直 径 ， （m )。普 朗 特 数 Pr可 由 下 式 计 算 得 到 ：其 中 P/、V 、c ,.、 分 別 为 圆 盘 表 面 冷 却 油 的 密 度 、 运 动 粘 度 、 比 热 和 导 热 系 数 。 在 木 文 的 研 究 过 程 中 ， 离 合 器 采 用 CD40 GB111-22冷 却 油 ， 密 度 一笛卡儿坐标系中的坐标轴 X、， Z， 其中 /取 1， 2, 3; p一 冷却油密度；心 一 冷却油的有效粘度，对于湍流， A=W + W/， 其中 w为动力粘度， w,为 P 冷却油压力；Si广义源项沿座标轴 X、 V、： :的分量、 5、 5。3.1.2湍 流 方 程 的 通 用 形 式#表 示 通 用 变 量 ， 则 上 述 的 质 量 守 恒 方 程 、 动 量 守 恒 方 程 的 通 用 表 达 形 式 为 ：- h div(puC) = div(rgrad + S (3-3)dt 9式 中 C# 一 瞬 态 项 和 对 流 项 系 数 ；0通 用 变 量 ；厂 一 扩 散 系 数 ；S广 义 源 项 。西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 15页对 于 具 体 的 方 程 ， /、 厂 、 具 有 特 定 的 形 式 ， 表 3-1给 出 了 通 用 变 量 、 扩 散 系 数 、 广 义 源 项 这 三 个 符 号 的 取 值 与 特 定 方 程 的 对 应 关 系 。表 3-1通 用 控 制 方 程 中 各 符 弓 含 义伞 厂 S连 续 方 程 1 0 0动 量 方 程 ui -dP/dxi + S3.1.3湍 流 方 程 离 散针 对 通 用表 达 式 (3-3)中 的 瞬态 项 、 対流 项 、 扩散 项 、 源项 进 行 离散 。 (1)瞬 态项将 dipCW/汾 乘 以 加权 函 数 #f后 在 计 算区 域 内 积分 ， 得 到f dpC)We - dQ.J dt式 中 一为 加 权 函 数 ， 也 是 单 元 形 函 数 矩 阵 ；D流 体 计 算 区 域 。将 、 PeU PfPCPr2厂3 6fVedx dx = % “代 入 式 （ 3-8)得 :h2 ,十 UjdWe ；mag V dx；Z- Ape， )dx: n+(外 ， c， )， y_l C/X；(3-9)式 中 eidx. 叫 ，l X,.J J ax,. ,J那 么 （ 3-10)式 可 以 写 成J (W； W； + w;r,w; + w： r0w： )dvf = Af(4)源 项将 乘 以 加 权 函 数 PT/后 再 计 算 区 域 内 积 分 得 到” =f wesa综 上 所 迷 ， 通 用 控 制 方 程 的 各 项 经 过 上 述 离 散 后 ， 可 以 写 成 如 下 形 式 ：(3-13)(3-14)(3-15)A +Al； an+A： an)f=St(3-16)西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 17页3.1.4三 维 湍 流 模 型流 体 雷 诺 数 的 大 小 决 定 了 流 体 流 动 形 式 ， 当 雷 诺 数 大 于 某 个 特 定 值 时 ， 流 动 将 发 生 很 多 的 变 化 ， 各 种 流 动 性 质 的 不 断 变 化 ， 将 导 致 流 动 呈 无 序 的 混 乱 状 态 ， 这 种 混 乱 的 流 动 情 况 称 为 湍 流 。 由 于 离 合 器 油 路 结 构 较 复 杂 ， 计 算 时 冷 却 油 流 动 状 态 按 湍 流 处 理 。 RNG -e模 型 所 得 到 的 方 程 和 f方 程 为 ：dk dutk) dt dx.“/ 、 dk_V A )oxi+ -(3-17)ds v1 5 dt dxi VP“/ ds_LI dxi1 C： +-!p kGk C2t(3-18)式 中 A湍 动 能 ， f一 动 能 耗 散 率 ；q湍 动 能 对 应 的 普 朗 特 常 数 ， 一 动 能 耗 散 率 s对 应 的 普 朗 特 常 数 ；平 均 速 度 梯 度 引 起 的 湍 动 能 的 产 生 项 ， 由 下 式 计 算 所 得Gk=卩 ,2叫 2dx, duSy 5v 丫 dx j5wV(3-19)C;RNG 湍 流 模 型 模 型 常 数 C,， 的 修 正 系 数 ， C； =C,c-77(1-)； 其 中、 dx 丨 .dxJC2t RNGA-e湍 流 模 型 的 模 型 常 数 C2。湍 流 动 能 方 程 和 动 能 耗 散 率 方 程 中 的 模 型 常 数 的 具 体 数 值 为 Cc 1.68 77。= 4.38。23.1.5近 壁 区 的 壁 面 函 数 法对 于 近 壁 区 所 存 在 的 流 动 ， 由 于 雷 诺 数 比 较 小 ， 湍 流 情 况 并 不 明 显 ， - 模 型 并 不 能 用 来 计 算 出 这 个 区 域 内 的 流 动 状 況 ， 因 此 必 须 对 近 壁 区 流 体 计 算 公 式 处 理 方 式 。 壁 面 函 数 法 (wa丨 1 functions)的 思 路 是 对 于 湍 流 核 心 区 的 流 动 使 用 - 模 型 求 解 ， 对 于 壁 面 区 直 接 使 用 半 经 验 公 式 将 壁 面 上 的 物 理 量 与 湍 流 核 心 区 内 的 求 解 变 量 联 系 起 来 。 定 义 两 无 量 纲 变 量 如 下 ：w+ = (3-20)Ur ， ， 戶 (3.21)西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 18页式 中 、 /一 无 量 纲 参 数 ， 表 示 速 度 和 距 离 ；W时 均 速 度 ； 、 一 壁 面 摩 擦 速 度 ；rw 壁 面 切 应 力 ； 节 点 到 壁 面 的 距 离 。以 /的 对 数 为 横 坐 标 ， 以 w+为 纵 坐 标 ， 将 壁 面 区 内 的 流 动 分 为 三 层 ， 如 图 3-1所 示 。 当 /11.63吋 ， 流 动 处 于 対 数 律 层 ， 此 时 沿 壁 面 法 线 方 向 的 速 度 呈 对 数 律 分 布 ， u =ny+ IK + B = ln(+ )1 K， 其 中 A:为 Karman常 数 ， 5和 五 是 与 表 面 粗 糖 度 有 关 的 常 数 ， 对 于 光 滑 壁 面 有 r = 0.4， 5 = 5.5， = 9.8,壁 面 粗 糙 度 的 増 加 5值 将 减 小 。在 CFD求 解 过 程 中 ， 主 要 的 计 算 步 骤 如 下 图 3-2所 示 。图 3-2 CFD求 解 流 程 图西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 19页3.1.6仿 真 假 设在 湿 式 离 合 器 冷 却 系 统 中 ， 冷 却 油 液 的 流 动 状 况 非 常 复 杂 ， 所 以 在 仿 真 分 析 摩 擦 片 表 面 温 度 的 影 响 变 化 时 作 如 下 假 设 ：(1) 由 于 冷 却 液 在 沟 槽 内 的 冷 却 时 间 较 短 ， 冷 却 油 的 密 度 和 粘 度 变 化 很 小 ， 流 动 为 典 型 的 不 可 压 缩 非 定 长 粘 性 流 体 ， 因 此 可 以 将 冷 却 油 的 密 度 和 粘 度 系 数 假 设 为 常 数 进 行 分 析 ；(2) 冷 却 油 液 在 不 断 带 走 离 合 器 中 热 量 的 情 況 下 ， 自 身 温 度 升 高 。 但 由 于 不 断 的 冷 却 循 环 ， 冷 却 油 在 入 口 处 的 温 度 可 以 设 为 恒 定 值 ；(3) 由 于 摩 擦 片 的 高 速 旋 转 作 用 ， 往 往 造 成 沟 槽 内 为 冷 却 液 和 气 体 混 合 的 状 态 。 但 由 于 离 合 器 沟 槽 结 构 较 小 ， 掺 杂 的 气 体 含 量 较 低 ， 并 且 气 体 的 换 热 系 数 比 较 小 ， 因 此 可 以 假 设 离 合 器 内 为 全 充 液 的 工 作 状 況 。 。(4) 在 対 流 换 热 过 程 中 ， 忽 略 冷 却 液 的 泄 露 以 及 摩 擦 片 材 料 受 温 度 影 响 下 的 膨 胀 。3.2冷 却 系 统 的 建 模图 3-3所 示 为 湿 式 离 合 器 冷 却 系 統 的 部 分 结 构 图 ， 其 中 摩 擦 片 10片 ， 对 偶 片 11 片 。 支 架 上 开 有 两 组 喷 油 孔 ， 每 组 10个 ， 均 匀 分 布 在 90和 180圆 周 位 置 上 。 离 合 器 主 从 动 片 分 离 时 ， 经 由 喷 油 孔 喷 出 的 压 力 冷 却 油 充 满 摩 擦 片 间 隙 中 ， 在 冷 却 油 的 作 用 下 摩 擦 片 分 离 并 得 到 散 热 。 理 想 情 况 下 ， 由 主 从 动 摩 擦 片 分 离 所 产 生 的 10个 环 状 分 离 间 隙 大 小 应 相 等 。 假 设 间 隙 大 小 值 都 相 等 ， 都 为 0.4mm。,_. 丄 丨 1 flfl 1 III .11IK齿 轮 轴摩 擦 片 对偶 片 喷 油孔 支 架图 3-3湿 式 摩 擦 离 合 器 冷 却 油 路 结 构将 图 3-3中 的 冷 却 油 路 简 化 得 到 冷 却 油 路 结 构 一 ， 如 图 3-4所 示 。 结 构 一 采 用 了 全 充 液 强 制 性 冷 却 方 式 进 行 冷 却 ， 循 环 的 压 力 油 经 过 摩 擦 片 表 面 带 走 热 量 。 本 文 提 出 的 采 用 离 心 轴 输 送 冷 却 液 的 改 进 方 式 ， 其 结 构 如 图 3-5所 示 ， 在 离 合 器 齿 轮 轴 上 设 计 一 个 偏 心 的 阶 梯 孔 ， 冷 却 油 在 离 心 力 的 作 用 下 经 枝 管 、 喷 油 孔 进 入 分 离 间 隙 中 进 行 换 热。 冷 却 油 路 主 要 部 分 如 图 3-6。西 南 交 通 大 学 硕 士 研 究 生 学 位 论 文 第 20页分 离间 隙 喷 油 孔V nil3n405116117H8H9H10-冷 却 液 -图 3-4冷 却 油 路 结 构 一/ V -3离 心 轴 摩 擦 片 对 偶 片图 3-5离 心 轴 冷 却 方 式 改 进 结 构 图 偏 心 孔 分 离 间 隙 枝 管 喷 油 孔图 3-6改 进 的 冷 却 油 路 结 构 二通 过 上