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【摘 要】运用三维制图软件UG创建弧形菱状油槽结构的湿式摩擦片模型,并采用T/Grid混合型网格对模型进行网格划分,最后利用Fluent的RNG湍流模型及旋转坐标数值计算方法进行仿真,得到冷却油在弧形菱状油槽结构内的不同流场,对于湿式离合器摩擦片的研究提供一定的参考.
【关 键 词 】湿式摩擦片；CFD；对流换热
0.前言
目前在重载车辆的传动领域,液压换档离合器的使用比重越来越大.液压换档离合器的一个显著特点,就是在从动摩擦片的表面结构开有一定深度和形状的沟槽,这些沟槽对湿式摩擦片的散热、摩擦因数的增加（高速旋转产生的油膜能被沟槽破坏,从而提高摩擦系数）,主、从动摩擦片啮合与分离柔和以及冲走滑磨产生的碎屑都能起到积极的作用.本文以参考文献1～3的研究成果为参考,基于计算流体力学技术CFD（CFD,Computational Fluid Dynamics）,对弧形菱状槽结构的湿式摩擦片进行三维流场特性分析,得出冷却油在给定尺寸下的弧形菱状油槽结构内的流动情况,从而在一定程度上可以了解其冷却特性.
1.CFD数值模拟
1.1 网格划分
使用三维制图软件UG,创建弧形菱状油槽湿式摩擦片的三维模型.设内径和外径分别为158mm和248mm,弧形菱状油槽宽度为1.5mm,如图1所示：
为了提高仿真的准确性,我们采用摩擦片的整体计算模型.因为数值计算的实际工程问题中对于计算精度的要求是不同的,在所求解的变量变化比较强烈的区域,所画网格的数量会多一些,网格分布相应稠密；反之,变化平稳的区域,网格数量较少,网格分布相对稀疏.这样做既保证了仿真精度,也减少了计算时间.本次网格划分采用Gambit软件进行,选用T/Grid混合型网格.通过输入一些网格基本参数,如网格尺寸,类型等,Gambit能够自动生成满足CFD要求的网格.图2为油槽的计算区域网格模型：
1.2 CFD求解仿真
2.摩擦片油槽内流场仿真分析
以摩擦片转速为1500r/min、20L/min工况为例.在湿式离合器的高速旋转情况下,冷却油受到离心力以及壁面张力的作用,一方面沿着切向方向做旋转运动,另一方面沿着油槽方向做径向运动,最终由出油口流出,冲击到离合器壁面上.
图3为油液在油槽内速度场分析结果,从图中可以看出油槽内油液高速区发生在油槽内,即蓝色区域,此处的油液流速较快,液油能较好的带有摩擦产生的热量,起到较好的散热效果.而在油槽转角处,液油速度较小,即红色区域,由于油槽转角的原因,液油流速低,散热差,因此,此处易出现摩擦片的磨损.图4为油液在油槽内压力场的仿真结果,由图可以看出油液通过离心力向外流动的同时受到的压力逐渐减小,在摩擦片外圈降到最低.因此可以得出结论,摩擦片外圆比内圆更易产生磨损.
3.结论
本文运用三维软件UG、网格划分软件Gambit以及流体计算软件Fluent,模拟了弧形菱状槽湿式摩擦片内流场的情况,分析出冷却油的流动情况,从而得出结论：弧形菱状油槽结构复杂,冷却油流速较低,滞留时间长,利用率较高,但容易发生热分解,影响油的品质,适合于重型或者工程机械车辆.