湿式离合器冷却系统的数值仿真

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2013年9月第4l卷 第 17期机床与液压MACHINE TOOL& HYDRAULICSSep．2013Vo1．41 No．17DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．17．042湿式离合器冷却系统的数值仿真王小虎，刘桓龙，于兰英，王国志，柯坚(西南交通大学机械工程学院，四川成都 610031)摘要：基于不可压缩流体控制方程和RNG k-c湍流模型，针对湿式离合器摩擦片分离时的冷却系统，建立了两种不同结构的冷却模型。借助ANSYS／ICEM、CFX等流体软件，并应用瞬态温度场有限元法求解冷却液在摩擦片间对流换热的过程。分析两种结构的压力和温度分布，结果表明油路结构对冷却效果影响显著。采用偏心轴输送冷却液的方式将得到更均匀的油压分布，冷却后摩擦片温度更低，冷却效果更加优越。

关键词：湿式离合器；冷却；温度；离心轴中图分类号：TH133．4 文献标识码 ：A 文章编号：1001—3881(2013)17—146—3Numerical Simulation on Cooling System of W et ClutchWANG Xiaohu，LIU Huanlong，YU Lanying，WANG Guozhi，KE Jian(School of Mechanical Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu Siehuan 610031，China)Abstract：Based on governing equations of incompressible fluid and the RNG k-e turbulence hydrodynamic model，aiming at thecooling system under separation of friction pieces of wet clutches，the cooling model of two diferent structures were established．Withthe help from the hydro．software of ANSYS／ICEM、CFX．the finite element method(FEM)for transient temperature field was em—ployed to solve the convective heat transfer process between friction pieces in cooling oil．The pressure and temperature distribution ofthese two kinds of structures were analyzed．The resuhs show that the oil flow channel structure has a．signifcant effect on the coolingprocess．By adopting the method of centrifugal shaft to feed cooling oil，more uniform oil pressure distribution is obtained，the tempera—ture of friction pieces is lower after cooling and the cooling efect is more perfect.

Keywords：Wet clutch；Cooling；Temperature；Centrifugal shaft湿式多片离合器具有转矩范围大、使用寿命长、摩擦性能稳定、热衰退小等优点，广泛应用于各种车辆和工程机械。理想状态下，离合器脱排时摩擦片在冷却油的作用下自动分离。离合器空转时摩擦片间隙内都充满冷却油，不会产生很大的热量，但在实际情况下，当离合器冷却散热系统的油路结构欠佳时，摩擦片间隙大小不均匀，仍会出现过热现象。间隙较小的摩擦片处于相对滑动速度较高、冷却不良的状态，导致冷却油温升过高而影响正常工作 。

在摩擦片片数较多且空转转速较高时，过热现象更加明显。目前，湿式多片摩擦离合器发热问题的研究主要集中在摩擦片温度场计算、摩擦片材料及油槽结构试验等方面。随着计算流体动力学 (CFD)技术的日趋成熟，结合计算机三维建模，可以对复杂流场问题进行分析，但对摩擦离合器冷却油路系统的流体仿真研究极为少见 。

文中采用 CFD方法研究湿式多片摩擦离合器的冷却油路结构对摩擦片间隙处油压分布以及摩擦片温度的影响，从而对离合器冷却系统的改进提出指导意见。

1 湿式离合器冷却系统结构湿式摩擦离合器的结构主要由径向油槽摩擦片、对偶钢片、支架和压力弹簧等部件组成。图 1所示为湿式离合器冷却系统的部分结构图，其中摩擦片 10片，对偶片11片。支架上开有两组喷油孔，每组 l0个，均匀分布在90。和 180。圆周位置上。离合器空转时，喷油孔喷出的油充满摩擦片间隙中，使摩擦片在冷却油的作用下分离并得到散热。理想状态下，由摩擦片和对偶片形成的10个环状间隙大小应相等，并假设间隙大小值都相等，都为0．4 mm。

摩擦片 对偶片图 1 湿式摩擦离合器的油路结构将图1中的冷却油路简化得到冷却油路结构一，如图2(a)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。但实际和仿真结果显示，此种冷却方式对于摩擦收稿日期：2012—08—07作者简介：王小虎 (1987一)，男，硕士研究生，研究方 向为流体仿 真及新型驱动节能技术。E—mail：songofsilence###163．corn。

· 148· 机床与液压 第 41卷图6所示压力曲线图表明两种方式对于分离间隙入口处的压强并不存在较大的区别。从图7两种冷却系统温度分布可知，结构一的最高温度为360．5 K，结构二的最高温度为310．5 K；温度分布存在较大差异，在结构一上存在较为明显的热斑。图8平均温度显示结构一的平均温度要差于结构二。图9的热量统计则表明，结构二的散热能力明显优于结构一。

0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1I参考点图 8 摩擦片表面平均温度0 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l0 11参考点图 9 间隙处出口热量统计从图7中结构二的温度分布可知，摩擦片的壁面温度不均匀。在图 7(b)中 90。和 270。附近壁面温度相对较高。而圆周上其他地方温度较低且分布均匀。因此在分离问隙中选取参考直线 line I、line 2和line 3，如图7(b)所示，并将直线与间隙相交处进行平均取点分析，得到分离间隙内参考点的温度曲线图 10和流速曲线图 11。由图可知，在 90。和 270。处流速较快，对流换热的程度相对其他地方要差些。

3l0308306304赠3023002980 1 2 3 4 5 6 7 8 9参考点图10 分离间隙参考点处温度曲线：、邑亩参考点图 11 分离间隙参考点处速度曲线4 结论应用 CFD流体仿真的方法，通过建立冷却油路的三维模型并进行网格划分，计算了两种不同结构的湿式离合器摩擦片分离时的冷却系统热流场分布状况。结果表明，采用离心轴输送冷却液的方式要优于传统全充液强制性冷却方式，新结构对于湿式多片离合器冷却系统的设计优化具有一定的指导意义。

参考文献：【1】孙冬野，秦大同，杨亚联，等．湿式多片制动器瞬态温度场有限元分析[J]．中国公路学报，1998，11(4)：116—120.

【2】常颖，崔岸，张军，等．离合器摩擦过程中的温度研究[J]．机械科学与技术，1998，17(5)：835—837.

【3】ZAGRODZKI Przemyslaw，TRUNCONE Samuel A．Genera—tion of Hot Spots in a Wet Multi—disk Clutch During ShoaTerm Engagement[J]．Wear，2003，254：(5／6)474—491.

【4】ZHAO Shuangmei，HILMAS G E，DHARANI L R．Behav—ior of a Composite Multi-disk Clutch Subjected to Mechani—cal and Frictionally Excited Thermal Load[J]．Wear，2008，264(11／12)：1059～1068.

【5】林腾蛟，李润方，杨成云，等．湿式摩擦离合器瞬态热传导过程数值仿真[J]．机械科学与技术，2003，22(1)：39— 41.

【6】贾云海，张文明．湿式摩擦离合器摩擦片表面温升和油槽结构研究[J]．中国公路学报，2007，2O(5)：112一l16.

【7】王福军．计算流体动力学分析 一CFD软件原理与应用[M]．北京 ：清华大学出版社，2004.

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