液黏调速离合器摩擦片间油膜流场的仿真分析于美丽

煤矿机械
Coal Mine Machinery
Vol.34No.01Jan.2013
第34卷第01期2013年01月
引言
液体黏性调速离合器的理论基础是液体黏性传动理论，它是基于牛顿内摩擦定律，利用液体黏性或油膜剪切力的作用来传递动力、调节速度和转矩。

它的主从动轴上分别设计有间隙可调的主从动片，充入黏度较小的润滑油作为工作液，在轴向形成许多圆盘油膜用以传递动力，通过调节主被动摩擦片间的油膜厚度，可以改变从动轴的转速。

液体黏性调速离合器中两摩擦片间油膜的流动，属于液体在密封缝隙中的运动，油膜的流动状态及流场特性对液黏调速离合器的传动性能起着重要的作用。

因此，本文利用流体分析软件CFX 和其前处理软件—ICEM CFD 相结合的数值方法对油膜进行数值模拟。

1油膜运动过程的数值模拟
为了准确方便地计算和分析流体的流动情况
和流动特性，取2片摩擦片之间的一层油膜为研究对象单独进行分析，不考虑温度的影响。

将动力学分析中提取出的某一时刻的角速度数据信息添加给油膜，对其进行分析。

油膜数值计算的过程如下。

（1）几何模型的导入
为便于观察油膜的流场情况，取主被动摩擦片之间填充的油液区域作为仿真模型中的流体域，建立内径123mm ，外径213mm 的环形区域，并且凸出进油口及出油口部位作为仿真模型，模型的平面图如图1，在Pro/E 中创建油膜三维模型，如图2所示。

（a ）装配图中的油膜二维模型
（b ）单个油膜二维模型图
图1油膜的二维模型
1.主动摩擦片
2.油膜
3.被动摩擦片
图2油膜的三维Pro/E 模型图
将在Pro/E 软件中建立的油膜实体模型保存为“igs ”格式的文件，导入到CFD ICEM 软件。

划分后
的模型如图3所示。

液黏调速离合器摩擦片间油膜流场的仿真分析*
于美丽1，宋
华2，付丽华
2
（1.营口大学园管理委员会，辽宁营口115000；2.辽宁科技大学，辽宁鞍山114051）
摘要：液黏调速离合器是依据牛顿液体内摩擦定律，即摩擦片间液体的黏性和油膜的剪切作用而形成的一种新型流体传动装置，可以实现主动部分与从动负载之间的分离、接合和无级调速。

为了准确方便地计算和分析摩擦片之间流体的流动情况和流动特性，利用流体分析软件CFX 和其前处理软件—ICEM CFD 对液黏调速离合器摩擦片间油膜的流场进行数值仿真，分析了不同因素下油膜的压力和速度分布。

关键词：液黏调速离合器；油膜；流动特性；流体软件中图分类号：TH132；TP391
文献标志码：A 文章编号：1003－0794（2013）01－0063－02
Simulation Analysis on Oil Film Flow Field between Friction Discs of
Hydro-viscous Device
YU Mei-li 1，SONG Hua 2，FU Li-hua 2
（1.Yingkou University Zone Management Committee,Yingkou 115000，China ；2.L iaoning University of Science and
Technology ，Anshan 114051，China ）
Abstract:Hydro-viscous device is a new fluid transmission device based on internal friction law of Newton,namely using fluid ’s viscosity and oil slick ’s shearing action.It can realize motion of separating,anastomosis and stepless speed regulating.For accurately and conveniently calculating and analyzing fluid flow condition and characteristics between friction discs,this text uses liquid analysis software CFX and preprocess software —ICEM CFD to numerical simulation the oil film flow field between friction discs of hydro-viscous device,analyze press and stress distributions of
oil film.Key
words:hydro-viscous device;oil film;flow characteristics;fluid software *辽宁省高等学校优秀人才支持计划（2008RC27）
1
23
63
图3模型的CFD 网格
（2）运用CFX 求解计算
运用CFX 求解计算的油膜模型采取以下假设：
①油膜建立为光滑壁面的模型，不考虑摩擦片上的油槽结构；②温度为润滑油的初始温度，不随摩擦片的转动而变化；③油膜的黏度等属性为恒定值，
不随温度改变。

建立流体域：选择6#
液力传动油作为计算的流体域，为自定义流体模型，流场的流态是层流。

其物
理参数见表1。

表1
6#液力传动油物理参数
添加边界条件：对模型添加入口、出口以及壁面边界条件。

本文模拟3种不同油膜厚度情况下的油膜流场状态，并查出此时的转速数据，对3种情况下的模型添加不同的边界条件。

设置求解参数：在求解之前，通过Solver Control 设置时间步长以及收敛精度。

2仿真结果分析
（1）截面压力分布
3种情况下油膜截面的压力分布如图4所示。

（a ）h =0.5mm （b ）h =0.369mm
（c ）h =0.06mm
图4油膜径向截面压力分布
从图4知，压力在油膜径向截面上呈均匀的环形分布，数值由内圈向外圈依次递减。

3种情况下的压力分布规律基本相同。

（2）截面速度分布
3种情况下油膜截面及其局部放大截面的速度
分布如图5。

（a ）h =0.5mm （b ）h =0.369mm （c ）h =0.06mm
图5油膜截面速度分布
由图5可知，油膜厚度不同时流速分布规律基本相同，流速呈轴对称分布，且沿轴向基本呈线性分布，由左向右依次增加，左侧最小，右侧最大，油液流动为层流运动。

（3）油液流线图
径向截面上油液的流线分布如图6所示。

图6圆截面上的流线分布
由图6可知，在油膜的径向截面上，油液由内圈向外圈流动，流动轨迹为曲线，且分布均匀。

流速由内圈向外圈逐渐增大。

3结语
（1）油膜径向截面上的压力呈均匀的环形分布，同一半径截面压力基本相同，且沿径向递减，不同厚度油膜压力的分布规律基本相同；
（2）油膜截面流速沿轴向基本呈线性分布，左侧流速最小，右侧流速最大；
（3）在油膜的径向截面上，油液的流动轨迹为由内圈向外圈流动的曲线，且分布均匀，靠近外圈部分的流速较大，靠近内圈部分的流速较小。

参考文献：
［1］宋伟刚，占欣，王元元.大型带式输送机驱动装置的比较研究［J ］.工程设计学报，2004(6)：10-20.
［2］陈卫峰.大型矿用带式输送机软启动方式的合理选用方法［J ］.煤矿
机械，2007，28(2)：164-166.
［3］廖玲玲.流体油膜剪切传动理论及实验研究［D ］.杭州：浙江大学，
2006.
［4］许蕾，罗会信.基于ANSYS ICEM CFD 和CFX 数值仿真技术［J ］.机械工程师，2008（12）：65－66.
［5］曹永友，张亚丽.利用CFX 软件对料仓通风系统进行仿真研究［J ］.
计算机与应用化学，2006，18（4）：1041-1043.
［6］王福军.计算流体动力学分析：CFD 软件原理与应用［M ］.北京：
清华大学出版社，2004.
［7］霍建华.计算流体力学（CFD ）的通用软件［J ］.河北科技大学学
报，2005，26（2）：160－165.
作者简介：于美丽（1984-），女，辽宁丹东人，助教，硕士研究生，2010年毕业于辽宁科技大学机械工程与自动化学院，机械设计制造及自动化专业，现从事机械设计等相关研究工作，电话：0417-
3588517，电子信箱：yumeili1114@ ；通讯作者：宋华.
责任编辑：卢盛春收稿日期：2012－08－
23
第34卷第01期
Vol.34No.01液黏调速离合器摩擦片间油膜流场的仿真分析———于美丽，等
密度/kg ·m -3
872动力黏度/Pa ·s
0.020928摩尔质量/g ·mol -1
302
1.209e+0041.084e+0049.579e+0038.322e+0037.066e+0035.810e+0034.553e+0033.297e+003
2.041e+0037.842e+002-4.721e+002
2.708e+0042.436e+0042.163e+0041.890e+0041.617e0041.344e+0041.071e+0047.983e+0035.255e+0032.526e+003-2.023e+002
2.710e+0042.437e+0042.164e+0041.891e+0041.618e+0041.345e+0041.072e+0047.986e+0035.255e+0032.524e+003-2.069e+002
2.103e+0001.580e+0001.057e+0005.347e-0011.187e-002
2.131e+000
1.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-001
2.131e-0010.000e+000
2.131e+0001.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-0012.131e-0010.000e+000
2.131e+0001.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-0012.131e-0010.000e+000
2.131e+0001.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-0012.131e-0010.000e+000
2.131e+0001.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-0012.131e-0010.000e+000 2.131e+0001.918e+0001.705e+0001.492e+0001.279e+0001.066e+0008.525e-0016.394e-0014.262e-0012.131e-0010.000e+000
64。