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液体粘性联轴器驼峰特性的分析研究

2021-03-04 10:25:13

液体粘性联轴器驼峰特性的分析研究

提出了较全 面的液体粘性联轴器驼峰现象产生的机理,论述了驼峰触发和维持的条件.建立了驼峰触发时的压力、温度以及驼峰计算模型,并进行了计算,与试验结果吻合较好.对于驼峰现象的研究具有指导意义.

液体粘性联轴器是一种利用液体的粘性阻力来传递动力的传动装置,它的一些特性可以用来改良四轮驱动汽车的行驶性能.液体粘性联轴器有两种工作状态,即油膜剪切工作状态和驼峰工作状态.工作时,液体的粘性会随着温度升高和剪切率的增加而减小.因此,如果长时间持续地工作,其转矩输出会随着液体运动粘度的降低而逐渐变小,而我们所研究的粘性联轴器在温度和压力达到相对程度下会出现输出转矩迅速上升的状况即STA(Self2InducedTorqueAmplifica2tion)状态.

对于导致“驼峰”现象发生机制的理论研究,至今尚无完满的解释.以下是多位不同学者对于具有相似参数的液体粘性联轴器的驼峰现象成因的解释.①TauregandHorst认为内盘片径向孔槽的斜边和毛刺导致内盘片上的压力分布不同是形成驼峰的决定因素[4].②TakemuraandNiikura认为粘性联轴器内部空气的不均匀分布是导致驼峰现象的 个主要因素[5].③Nakaoka等人研究了内盘片边缘的小突起对驼峰现象发生的影响,他们发现这种结构导致盘片上的不同的轴向力从而产生驼峰现象[6].④Peschke通过实验研究了粘性联轴器,其驼峰现象的理论建立在流体的流变特性上,他认为密封壳体内的压力是导致驼峰现象发生的主要因素[7].⑤Wakamatsu等人通过数值模拟和实验研究发现粘性联轴器内部的空气气泡对于驼峰现象的影响[8].以上的解释和假说已经通过了实验结果和理论分析的证实.虽然这些已经确定的因素所提供的理论有助于驼峰现象的产生,但是没有一个能解释驼峰现象的激发和维持.1.2形成机理根据以上已有的成果,结合作者研究的液体粘性联轴器分析了驼峰产生过程,如图2所示.本文所分析的粘性联轴器是外盘片有隔离环,内盘片可以轴向移动.液体粘性联轴器刚开始工作时,内外盘片之间存在间隙均匀的旋转,内盘片两边都有相同的剪切力.在这同时,剪切运动所产生的热量促使流体的温度升高.接着内盘片槽边缘的几何形状和小突起的随机扰动使内盘片偏向于一边,窄的一边产生的剪切力大于宽的一边.内盘片两边不同的剪切力使其产生扭转.内盘片上表面的楔子形槽使上表面压力增加,下表面压力减小.下表面压力的下降受到硅油和空气混合物压力的限制.同时,流体通过周围孔洞的泄漏流来平衡两边的压力差.内盘片上不同的轴向压力分布使其向外盘片移动.随着内外盘片的间隙变小,导致在孔附近的三维流动和泄漏流的减少,增加了分布在内盘片上下两侧不同的压力.不断增加的持续轴向力迫使内盘片下侧逐渐靠近下面的外盘片,较后内盘片的边缘先接触到外盘片.在内盘片外边缘的库仑摩擦使其扭转幅度加大,从而加剧了压力在内盘片上下两侧的分布.由于粘性剪切能量的耗散转化为热量,使内部流体的温度升高很快,液体高温膨胀压缩气体产生的巨大压力使气体溶解于硅油中.当温度和压力达到相对值后,气体溶解于硅油中,促使硅油膨胀充满了整个联轴器空间.没有了气体的压力缓冲作用,导致此时的压力增加更加迅速.这种高压确保了空气不能从硅油中释放出来,使联轴器里面成为了单相流动,从而维持了驼峰现象.只要内部的压力和温度保持,驼峰状态就会持续下去.由于在驼峰状态粘性联轴器可实现闭锁,主被动盘同步运转,转速差为零,所以温度不能继续上升,系统压力迅速降低,高压下溶于硅油的空气重新被释放出来,联轴器又恢复到粘性剪切阶段

从物理和几何结构出发,综合分析了液体粘性联轴器的驼峰产生原因和过程.驼峰发生时压力和温度以及扭矩的计算结果与相应实验结果吻合良好.从计算结果看出驼峰发生时产生的温度和压力很大,是粘性联轴器驼峰产生的关键因素和标志,在实际使用时应重视这个现象.驼峰产生的转矩符合车辆使用的要求.从物理和几何结构出发,综合分析了液体粘性联轴器的驼峰产生原因和过程.驼峰发生时压力和温度以及扭矩的计算结果与相应实验结果吻合良好.从计算结果看出驼峰发生时产生的温度和压力很大,是粘性联轴器驼峰产生的关键因素和标志,在实际使用时应重视这个现象.驼峰产生的转矩符合车辆使用的要求.