Research Article

طريقة تصميم التحسين البارامتري لألواح الاحتكاك للقوابض اللزجة المائية

DOI:

10.3791/68328

⸱

July 22nd, 2025

 ,  ,  , 
1School of Mechanical Engineering, Jiangsu University of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تجمع هذه الدراسة بين برنامج التحليل العددي ومنهجية سطح الاستجابة (RSM) لاستكشاف طريقة تصميم التحسين لألواح الاحتكاك للقوابض اللزجة المائية بشكل منهجي.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يعمل القابض المائي اللزج (HVC) على أساس نظرية نقل السائل اللزج ، باستخدام السائل اللزج كوسيط عمل لنقل الطاقة من خلال قوة القص لفيلم الزيت بين ألواح الاحتكاك. يؤثر هيكل الأخدود الموجود على ألواح الاحتكاك بشكل مباشر على قدرة نقل عزم الدوران وارتفاع درجة الحرارة الناجمة عن القص لفيلم الزيت. لذلك ، فإن تصميم هياكل لوحة الاحتكاك التي توازن بين نقل عزم الدوران الفعال وارتفاع درجة الحرارة المنخفضة له أهمية كبيرة. لمعالجة هذه المشكلة ، تحلل هذه الدراسة تأثير هيكل الأخدود على خصائص فيلم الزيت وتحدد العوامل المؤثرة الرئيسية. بعد ذلك ، تم استخدام برنامج المحاكاة لحساب عزم الدوران وارتفاع درجة حرارة فيلم الزيت تحت هياكل أخدود مختلفة. ثم تم تحسين المعلمات الهيكلية لألواح الاحتكاك باستخدام تصميم Box-Behnken لمنهجية سطح الاستجابة (RSM). تظهر النتائج أن تصميم لوحة الاحتكاك الأمثل ، الذي يتميز بعمق أخدود يبلغ 0.214 مم ، وطول قوس 5 مم ، و 16 أخاديد شعاعي على شكل قوس ، و 5 أخاديد محيطية ، يمكن أن يقلل بشكل كبير من درجة حرارة فيلم الزيت مع ضمان انتقال عزم دوران عال. يوفر نهج التصميم هذا مرجعا للتصميم الأمثل لأزواج الاحتكاك في القوابض المائية اللزجة بأحجام مختلفة.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مع التطور السريع للإنتاجية الاجتماعية ، يتم استخدام عدد متزايد من آلات الأحمال الثقيلة الكبيرة في عمليات البناء والتصنيع. تتطلب هذه الآلات تنظيما ديناميكيا عالي الطاقة للسرعة مع مراعاة الاستهلاك المنخفض للطاقة.

في السنوات الأخيرة ، تم اقتراح نوع جديد من أجهزة التحكم في السرعة واستخدامه في الآلات الثقيلة ، وتحديدا القابض اللزج المائي. يدمج هذا الجهاز تقنيات التحكم الميكانيكية والإلكترونية والهيدروليكية ، ويتضمن كلا من نقل قص السوائل ونقل الاحتكاك الميكانيكي. أدت خصائصه الموفرة للطاقة إلى تطبيقات واسعة النطاقبشكل متزايد 1،2،3.

يعتمد مبدأ عمل القابض المائي اللزج على قانون الاحتكاك الداخلي لنيوتن ، باستخدام عزم الدوران الناتج عن قص طبقة الزيت لتحقيق نقل الطاقة وتنظيم السرعة بسلاسة. لذلك ، يمكن للقابض اللزج المائي تحقيق نقل الطاقة المستقر والتحكم 4,5. العوامل الرئيسية التي تؤثر على فيلم الزيت هي الهيكل السطحي للوحة الاحتكاك. سطح ألواح الاحتكاك Hydro-Viscous Clutch ليس أملسا ولكنه يحتوي على أخاديد بأشكال مختلفة. يضمن وجود هذه الأخاديد تكوين فيلم زيت ضغط ديناميكي وأداء جيد لتبديد الحرارة ؛ ومع ذلك ، فإن فيلم الزيت المتكون من ألواح الاحتكاك المحززة يؤثر على عزم القص اللزج النظري. بالإضافة إلى ذلك ، لا يؤثر هيكل الأخدود على توحيد فيلم الزيت المشكل فحسب ، بل يرتبط أيضا بدرجة الحرارة الناتجة عن قص فيلم الزيت ، مما يؤثر لاحقا على تأثير التبريد للوحة الاحتكاك. يمكن أن تتسبب درجة الحرارة الزائدة في تزييف وتشوه ألواح الاحتكاك ، مما يؤدي إلى فشل دائم6. لذلك ، يركز التصميم الهيكلي للقابض اللزج المائي بشكل أساسي على تصميم ألواح الاحتكاك ، مع التحدي الرئيسي المتمثل في تحسين المعلمات التالية: عزم الدوران المرسل ، وسعة تحميل فيلم الزيت ، وتوحيد فيلم الزيت ، ودرجة حرارة فيلم الزيت ، ودرجة حرارة لوحة الاحتكاك ، وقوة لوحة الاحتكاك 7,8.

يتضمن تصميم هيكل أخدود الزيت لألواح الاحتكاك Hydro-Viscous Clutch بشكل أساسي ترتيبات مختلفة ، مثل الأخاديد المحيطية ، والأخاديد الشعاعية ، والأخاديد على شكل قوس9،10،11. تشير الأبحاث السابقة إلى أنه بالإضافة إلى الاختلافات في أشكال الترتيب ، تختلف أيضا تصميمات المقطع العرضي لأخاديد الزيت ، بما في ذلك الأخاديد المستطيلة وشبه المنحرفة والقوسية. الاختلافات الهيكلية لأخاديد الزيت لها تأثيرات مختلفة على خصائص فيلم الزيت12،13،14،15،16. في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يكون للغشاء الزيتي المتكون من هياكل أخدود مختلفة تأثيرات متفاوتة على أداء القابض. أبعاد القوابض المستخدمة في الأجهزة الميكانيكية المختلفة ليست فريدة من نوعها ؛ وبالتالي ، يمكن أن يختلف أداء ألواح الاحتكاك ذات الهيكل نفسه اختلافا كبيرا عند استخدامها في قوابض ذات أحجام وظروف تشغيل مختلفة. لذلك ، فإن تصميم ألواح الاحتكاك Hydro-Viscous Clutch لمختلف الآلات وظروف التشغيل المختلفة يتطلب تصميما وتقييما فعالا من حيث التكلفة والوقت.

يشمل نهج تصميم ألواح الاحتكاك Hydro-Viscous Clutch جوانب مختلفة ، بما في ذلك التحليل النظري والبحث التجريبي والمحاكاة العددية ، مع التركيز على كيفية تأثير حقول الضغط وحقول درجة الحرارة وحقول السرعة لفيلم الزيت على الأداء8،17،18،19،20،21. بالإضافة إلى ذلك ، استند العديد من العلماء في أبحاثهم إلى الملمس الدقيق لسطح لوحة الاحتكاك والمواد المستخدمة في ألواح الاحتكاك لتحسين أداء القابض اللزج المائي22،23. درس العديد من العلماء العلاقة بين خصائص التجويف لحقل التدفق الدوار في القوابض المائية اللزجة وشكل المقطع العرضي لخزان النفط. لقد قاموا بتحليل مواضع بدء تجويف قص فيلم الزيت تحت معلمات هيكلية مختلفة للأخدود ، مما يوفر أساسا نظريا ودعما فنيا للتنبؤ ببداية تجويف قص فيلم الزيت24،25. من بين هذه الطرق ، أصبحت المحاكاة العددية أداة بحث رئيسية ، ومع تطوير برامج المحاكاة ، أصبح البحث أكثر دقة تدريجيا. تستخدم وحدة Fluent بشكل أساسي لمحاكاة وتحليل تأثير هياكل أخدود الزيت المختلفة على أداء مجال التدفق ، بهدف محدد يتمثل في تحسين خصائص فيلم الزيت من خلال التغييرات في هياكل الأخدود26،27،28. ومع ذلك ، فإن تحليلات المحاكاة والنتائج التجريبية التي تم الحصول عليها لمتطلبات محددة قد حققت التوقعات باستمرار ولكن لم يتم التحقق من صحتها لقابليتها للتطبيق على تصميم لوحة الاحتكاك في القوابض اللزجة المائية ذات الأحجام المختلفة.

من خلال الجمع بين طرق البحث الحالية ، تستفيد هذه الدراسة من برنامج محاكاة Fluent وتحسين معلمة منهجية سطح استجابة RSM (RSM) لاقتراح مخطط تصميم مناسب لهياكل أخدود الزيت في ألواح الاحتكاك ذات الأحجام المختلفة. يتضمن ذلك تحليل خصائص فيلم الزيت تحت معلمات أخدود مختلفة باستخدام Fluent ، ومناقشة العوامل الرئيسية التي تؤثر بشكل كبير على هذه الخصائص ، وحساب تغيرات عزم الدوران ودرجة الحرارة لفيلم الزيت المتكون من معلمات أخدود مختلفة ، والتحسين الإحصائي للمعلمات الهيكلية للوحة الاحتكاك باستخدام طريقة Box-Behnken.

توضح هذه الدراسة التحليل الأمثل لألواح الاحتكاك ذات هيكل الأخدود المركب ، والذي يتضمن أخاديد محيطية مستطيلة المقطع العرضي جنبا إلى جنب مع أخاديد شعاعية للمقطع العرضي على شكل قوس. الهدف هو تصميم ألواح الاحتكاك التي يمكنها تحقيق نقل عزم دوران مرتفع ودرجة حرارة منخفضة لغشاء الزيت في نفس الوقت. ستتطلب التصميمات المستقبلية لأحجام مختلفة من ألواح الاحتكاك فقط تغييرات في الأبعاد الأولية للنموذج مع الحفاظ على نفس خطة البحث والإجراءات.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يظهر المسار الفني لمخطط التصميم في الشكل 1 ، والذي يتضمن بشكل أساسي إنشاء النموذج وتحليل المحاكاة وتحسين المعلمات. يتضمن إنشاء النموذج فئتين رئيسيتين: النماذج المطلوبة للتحليل أحادي العامل والنماذج المشتقة من التصميم التجريبي الذي قدمته منهجية سطح الاستجابة (RSM) بعد تحديد العوامل المؤثرة. يتم الانتهاء من إنشاء النموذج في SolidWorks ، ويتم إجراء تحليل المحاكاة باللغة Fluent ، ويتم إجراء تحسين المعلمة في Design-Expert.

1. إنشاء النموذج

  1. حدد الأبعاد الأساسية لوسادة الاحتكاك ، واضبط نصف القطر الداخلي لوسادة الاحتكاك على 110 مم ، ونصف القطر الخارجي إلى 160 مم ، وسمك طبقة الزيت على 0.3 مم.
  2. قم بإنشاء نموذج أساسي عن طريق إنشاء رسم دائري بقطر داخلي 110 مم وقطر خارجي 160 مم على مستوى XY ، ثم قم بثق الدائرة إلى 0.3 مم. قم بإنشاء نموذج أساسي من خلال التأكد من أن الشكل الحلقي الناتج يشكل نموذجا لفيلم زيتي بدون أخاديد زيتية.
  3. على سطح جانبي واحد من النموذج الحلقي ، قم بإنشاء رسم تخطيطي 2 وارسم 5 وجوه دائرية بتوزيع موحد وعرض 3 مم ، ثم قم ببثقها إلى 0.3 مم. قم بتشكيل فيلم الزيت بمقطع عرضي مستطيل تم إنشاؤه بواسطة أخدود الزيت المحيطي.
  4. قم بإنشاء رسم تخطيطي 3 على مستوى YZ ، وارسم قوسا نصف دائري بطول قوس يبلغ 3 مم ، والذي يكون مماسا لفيلم الزيت الذي يتكون من أخدود الزيت المحيطي ، ثم قم ببثقه شعاعيا إلى السطح الخارجي لفيلم الزيت وقم بتصريف المادة الصلبة على طول محيط الحلقة الداخلية لتشكيل 14 مكونا.
  5. قم بإنشاء رسم تخطيطي 4 على المستوى XY ، وارسم دائرة نصف قطرها 110 مم ، ثم قم بقص النموذج الزائد باستخدام الرسم ، واستكمل إنشاء 14 فيلما شعاعيا نصف دائري من زيت أخدود الزيت.
  6. احفظ النموذج المحدد كنموذج هندسي لفيلم الزيت الذي يتكون من معلمات أخدود الزيت الأصلية.
  7. قم بتعديل الرسم 2 لرسم 3-7 أخاديد زيت محيطية موزعة بشكل موحد ، كل منها بعرض 3 مم ، وإنشاء خمسة نماذج من أغشية الزيت تختلف فقط في أخاديد الزيت المحيطية. احفظ هذه النماذج بتنسيق STEP.
  8. قم بتعديل الرسم 3 لضبط طول قوس القوس نصف الدائري إلى 3-6 مم ، وزيادة طول القوس بمقدار 0.5 مم في كل مرة ، وإنشاء سبعة نماذج لغشاء الزيت تختلف فقط في الهيكل نصف الدائري الشعاعي. احفظ هذه النماذج بتنسيق STEP.
  9. قم بتعديل الرسم 2 عن طريق ضبط سمك البثق إلى 0.1-0.4 مم ، وزيادة السماكة بمقدار 0.05 مم في كل مرة ، وإنشاء سبعة نماذج من أغشية الزيت تختلف فقط في عمق أخاديد الزيت. احفظ هذه النماذج بتنسيق STEP.
  10. اضبط كمية المصفوفة المحيطية في الرسم 3 لتعديل عدد أخاديد الزيت الشعاعي إلى 10-16 ، وإنشاء سبعة نماذج لأغشية الزيت تختلف فقط في عدد الأخاديد الشعاعية. احفظ هذه النماذج بتنسيق STEP.

2. تحليل المحاكاة

ملاحظة: يتضمن تحليل المحاكاة المعالجة المسبقة للنموذج وتقسيم الشبكة وحسابات المحاكاة. يتم الانتهاء من جميع الخطوات في ANSYS Workbench.

  1. المعالجة المسبقة للنموذج
    1. افتح محطة عمل Workbench واسحب الشكل الهندسي من Toolbox > Component Systems > Geometry إلى المنطقة التخطيطية للمشروع.
    2. انقر بزر الماوس الأيمن فوق الشكل الهندسي، وحدد استيراد نموذج الشكل الهندسي لاستيراد النموذج المكتمل، ثم انقر لتحرير نموذج الشكل الهندسي في مطالبة المساحة.
    3. في شريط أدوات مطالبة المساحة، انقر فوق إصلاح، ثم حدد حواف إضافية وحواف منقسمة لإكمال الإصلاح، ودمج الخطوط المنقسمة المتأثرة.
    4. انقر بالتتابع فوق شريط الأدوات > تصميم > التحديد في التحديد ، ثم حدد السطح الداخلي للنموذج وانقر فوق إنشاء NS في المجموعة ، وقم بتسميته Inlet.
    5. باستخدام نفس العملية ، انقر فوق السطح الخارجي وقم بتسمية منفذه ؛ انقر على سطح الجدار السفلي الأملس وقم بتسمية B على أنه سطح الجدار حيث يلامس فيلم الزيت وسادة الاحتكاك السلبية ؛ حدد جميع الأسطح غير المسماة وقم بتسميتها Z كسطح الجدار الدوار حيث يلامس فيلم الزيت وسادة الاحتكاك النشطة.
    6. قم بالخروج من مطالبة المساحة واحفظ الملف لإكمال المعالجة المسبقة للنموذج.
      ملاحظة: يتم الانتهاء من جميع المعالجة المسبقة للنموذج الهندسي قبل المحاكاة وفقا للخطوات المذكورة أعلاه. الفرق الوحيد هو أن نموذج الجدار النشط غير متسق ، لكنه لا يؤثر على أي عمليات.
  2. تقسيم شبكي
    1. في محطة عمل Workbench ، اسحب Fluent من Toolbox > Component Systems > Fluent إلى المنطقة التخطيطية للمشروع حيث تمت إضافة الشكل الهندسي.
    2. انقر فوق الهندسة واسحب الماوس إلى الشبكة في مشروع Fluent لربط وحدة الشبكة الخاصة به ببيانات المنبع للهندسة.
    3. انقر نقرا مزدوجا لفتح الشبكة وحدد Watertight Geometry لتقسيم الشبكة. اتبع سير العمل خطوة بخطوة لاستيراد نموذج الهندسة وإضافة التحجيم المحلي.
    4. انقر فوق إنشاء شبكة سطحية، واضبط الحد الأدنى للحجم على 0.3 مم، والحد الأقصى للحجم إلى 8 مم، وزاوية معيار الانحناء إلى 10. بعد تعيين هذه المعلمات، انقر فوق إنشاء شبكة Surface.
    5. تحقق من جودة شبكة السطح بالنقر بزر الماوس الأيمن على شبكة السطح التي تم إنشاؤها وتحديد إدراج جودة شبكة سطحية محسنة. اضبط الحد الأدنى لجودة الشبكة على 0.7 وانقر فوق موافق لإكمال تحسين الشبكة السطحية.
    6. انقر فوق وصف نموذج الهندسة، وحدد نموذج الهندسة على أنه يتكون فقط من منطقة سائلة بدون فجوات، مع الاحتفاظ بالخيارات الأخرى في إعداداتها الافتراضية.
    7. انقر بالتتابع فوق وصف بنية الشكل الهندسي وتحديث إعدادات نوع المنطقة، مع الحفاظ على الإعدادات الافتراضية وإكمال العملية.
    8. انقر فوق Add Boundary Layer، وحدد 3 لعدد الطبقات، مع الاحتفاظ بالإعدادات الأخرى في الإعدادات الافتراضية.
    9. انقر فوق إنشاء شبكة وحدة تخزين وأدخل جودة شبكة وحدة تخزين محسنة لضمان تجاوزها جودتها 0.12.
      ملاحظة: يظهر تقسيم الشبكة المكتمل في الشكل التكميلي 1.
    10. بعد إنشاء الشبكة ، انقر فوق التبديل إلى وضع الحل. انتظر حتى يكتمل تقسيم الشبكة واستيرادها إلى وحدة التحليل.
      ملاحظة: تعد كمية ونوعية عناصر الشبكة أمرا بالغ الأهمية لدقة النتائج الحسابية. تستخدم الهندسة المانعة لتسرب الماء للتحكم في عدد وجودة الشبكة عن طريق تغيير حجم الخلية. كما هو مبين في الشكل 2 ، يؤدي تقليل الحد الأدنى المحدد لحجم عنصر الشبكة من 0.8 مم إلى 0.1 مم إلى زيادة عدد العناصر من 534,595 إلى 2,649,371. مع تغير عدد العناصر ، يظل متوسط درجة حرارة فيلم الزيت ونتيجة عزم الدوران المرسلة مستقرة ، مما يشير إلى أن الزيادات الإضافية في جودة الشبكة لها تأثير ضئيل على النتائج. لذلك ، يتم اختيار حد أدنى لحجم العنصر يبلغ 0.3 مم للتشابك.
  3. حل المحاكاة
    1. قم بالتبديل من التقسيم الشبكي إلى وضع الحل. بمجرد الانتهاء من تحميل الشبكة ، انقر فوق Check Case في القائمة General للتحقق من فعالية نموذج العناصر المحدودة والتحقق مما إذا كانت الشبكة تحتوي على أي حجم سالب.
    2. افتح معادلة الطاقة في إعدادات النموذج. أدخل واجهة إعدادات النموذج اللزج ، وحدد النموذج الرقائقي ، وقم بتمكين خيار التسخين اللزج .
      ملاحظة: يتم تحديد اختيار النموذج اللزج من خلال حالة تدفق حقل تدفق غشاء الزيت ، والتي يتم تقييمها عادة باستخدام رقم رينولدز. عندما يكون رقم رينولدز منخفضا ، لا تتأثر جزيئات السوائل ، مما يؤدي إلى تدفق رقائقي. على العكس من ذلك ، يشير رقم رينولدز المرتفع إلى تضخيم الاضطرابات بين السوائل ، مما يحول التدفق الصفحي إلى تدفق مضطرب. بناء على نظرية التدفق حول القرص الدوار ، يتم حساب رقم رينولدز المرتبط بالسرعة العرضية في نصف القطر الخارجي باستخدام الصيغة Re = R2ω / v. حيث Re هو رقم رينولدز ، R هو القطر الخارجي لأقراص الاحتكاك ، ω هي سرعة دوران لوحة الاحتكاك ، و v هي اللزوجة الحركية. عندما Re < 1 × 105 ، يكون التدفق رقائقي. عندما يكون التدفق مضطربا × 105 < < 3 × 105 ، يكون التدفق مضطربا. بالنسبة للسائل الذي تمت دراسته في هذا الورقة، مع v = 30 مم2 / s و R = 160 مم، يمكن اشتقاق ما يلي. عندما تكون سرعة دوران لوحة الاحتكاك ω = 1000 دورة في الدقيقة ، فإن رقم رينولدز لحقل تدفق فيلم الزيت Re < 1 × 105 ، مما يشير إلى أن فيلم الزيت في حالة تدفق رقائقي.
    3. قم بتعديل معلمات المواد في الإعدادات وفقا لخصائص المادتين المدرجتين في الجدول 1. قم بتعديل معلمات المواد السائلة المسماة "الهواء" في النظام ، وبالنسبة للمادة الصلبة ، قم بتعديل المعلمات المسماة "الألومنيوم".
      ملاحظة: سيتم اختيار السائل كزيت هيدروليكي # 8 لمادة فيلم الزيت ، وستستخدم المادة الصلبة مادة أساسها النحاس لمادة وسادة الاحتكاك.
    4. انقر فوق شروط الحدود ، وحدد سطح جدار وسادة الاحتكاك النشط المسمى "Z" ، وانقر فوق إعدادات الزخم ، واضبطه كسطح جدار دوار يدور 100 راديو / ثانية حول المحور Y ، مع حالة قص لا انزلاق.
    5. انقر فوق شروط الحدود ، وحدد سطح جدار وسادة الاحتكاك السلبي المسمى "B" ، وانقر فوق إعدادات الزخم ، وقم بتعيينه كسطح جدار ثابت بحالة قص لا انزلاق.
    6. قم بتعيين الشروط الحدودية المتعلقة بنقل الطاقة من خلال اقتران النظام.
    7. اضبط شروط حدود المدخل والمخرج بالنقر فوق المخرج وضبطه على مخرج الضغط ، مع ضبط مقياس الضغط على 0 ، وهو ما يتوافق مع الضغط الجوي القياسي.
    8. قم بتعيين شروط حدود المدخل بالنقر فوق المدخل ، وتعيينه كمدخل سرعة بسرعة تدفق تبلغ 1 م / ث ودرجة حرارة مدخل تبلغ 30 درجة مئوية.
    9. انقر فوق إعدادات الحل ، وحدد خوارزمية SIMPLE لنموذج طريقة الحل. اختر تنسيق الاتجاه المعاكس من الدرجة الأولى ل Momentum و Energy ، واحتفظ بالقيم المتبقية في إعداداتها الافتراضية.
    10. بعد الانتهاء من الخطوات المذكورة أعلاه ، قم بتعيين حالة المجال الحسابي في اللحظة الأولية ، على سبيل المثال ، مع درجة حرارة أولية تبلغ 26 درجة مئوية ، وضغط 0 باسكال ، وضبط السرعات في اتجاهات XYZ على 0.
    11. اضبط عدد التكراراتعلى 300 خطوة ، وانقر فوق الزر "حساب " لبدء الحساب ، وانتظر النتائج.
    12. بمجرد اكتمال العمليات الحسابية التكرارية، انقر فوق النتائج > التقارير > Fluxes. حدد معدل التدفق الكتلي في التدفقات ، وتحقق من معدلات التدفق الكتلي للمدخل والمخرج ، وتأكد من أن الخطأ بين الاثنين أقل من 0.1٪ للتحقق من دقة النتائج الحسابية.
    13. أكمل الخطوات المذكورة أعلاه ثم قم بتحليل نتائج المحاكاة. انقر فوق النتائج > تقارير > القوى، وحدد عزم الدوران حول المحور Y لسطح الجدار B، وفسر القيمة اللزجة الناتجة على أنها عزم القص المنقول بواسطة فيلم الزيت.
    14. اخرج من وحدة حساب تدفق السوائل، وفي محطة عمل Workbench، اسحب النتائج من Toolbox > Component Systems > إلى المنطقة التخطيطية للمشروع التي أكملت حسابات محاكاة تدفق السوائل. انقر فوق المحلول في وحدة تدفق السوائل واسحب الماوس إلى النتائج.
    15. أدخل النتائج ، وانقر فوق الآلات الحاسبة ، وحدد حاسبة الوظيفة لحل متوسط درجة حرارة فيلم الزيت بأكمله. انقر فوق حساب للحصول على متوسط درجة الحرارة الإجمالية لفيلم الزيت.

3. تحسين المعلمة

ملاحظة: يتم إكمال تحسين المعلمة باستخدام منهجية سطح الاستجابة للنمذجة والتحليل. تتطلب منهجية سطح الاستجابة اختيار ثلاثة عوامل تؤثر بشكل كبير على عزم الدوران ودرجة الحرارة المنقولين لفيلم الزيت ، وتحديد قيمها عالية ومنخفضة المستوى. ثم يتم إجراء النمذجة والتحليل للمجموعات الجديدة التي تم إنشاؤها من العوامل والمتغيرات المؤثرة المختارة ، متبوعة بحسابات التحسين باستخدام البيانات التي تم الحصول عليها.

  1. في برنامج Design-Expert ، انقر فوق NEW DESIGN لإنشاء تصميم جديد.
  2. في التصميم الجديد ، حدد BOX-Behnken من Response Surface لإنشاء نموذج تحسين ثلاثي العوامل ومستويين.
  3. انقر فوق العوامل الرقمية لتحديد ثلاثة عوامل: عدد أخاديد الزيت الشعاعي في وسادة الاحتكاك ، وعمق الأخاديد ، وطول قوس أخاديد الزيت ، واملأ الجدول المقابل.
  4. أدخل قيم المستوى العالي والمنخفض التي تم الحصول عليها من تحليل العوامل المؤثرة الثلاثة في الجدول المقابل.
  5. اضبط نقاط المركز لكل كتلة على خمس ، ثم انقر فوق الخطوة التالية لتغيير متغيرات الاستجابة إلى 2 ، وهي عزم الدوران الذي ينقله فيلم الزيت ومتوسط درجة حرارة فيلم الزيت. انقر فوق إنهاء لإنشاء 17 مجموعة من نقاط العينة العشوائية.
  6. قم بإنشاء بيانات النموذج من خلال إعادة تجميع العوامل المؤثرة الثلاثة من 17 مجموعة من نقاط العينة العشوائية ، وكرر القسم 1 لإكمال إنشاء النموذج.
  7. كرر القسم 2 لتحليل المحاكاة للحصول على عزم الدوران المرسل ومتوسط درجة حرارة فيلم الزيت بعد إعادة التركيب. ادمج المتغيرات المتوقعة A و B و C لمجموعات التأثير الثلاثة مع النتائج المحاكاة لعزم الدوران المرسل ومتوسط درجة الحرارة لتشكيل جدول متغير جديد.
  8. بعد ذلك، حدد تربيعي لترتيب العملية في النموذج، واختر متعدد الحدود لنوع النموذج، مع الاحتفاظ بالإعدادات الأخرى افتراضيا.
  9. بعد الانتهاء من إنشاء نموذج سطح الاستجابة ، احسب كل من عزم الدوران ومتوسط درجة الحرارة.
  10. بعد اكتمال التحليل ، قم بإجراء تحليل خطأ للنموذج. انقر فوق تحليل التباين (ANOVA) وقم بتحليل قيم R² و Adeq Precision in Fit Statistics للتحقق مما إذا كان النموذج يفي بالمعايير.
  11. انقر فوق التحسين > معايير > العددية ، مع الحفاظ على نطاقات العوامل المؤثرة الثلاثة دون تغيير. انقر فوق الحلول للعثور على الحد الأقصى لعزم الدوران والحد الأدنى لمتوسط درجة الحرارة للقيم التقريبية.
  12. احسب النتائج المختلفة للمصفوفات ، مع كون المجموعة المسماة 1 هي الحل الأمثل للنموذج.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تهدف خطوات تحليل النمذجة والمحاكاة في المخطط إلى تحديد معلمات أخاديد لوحة الاحتكاك التي تؤثر بشكل كبير على درجة حرارة فيلم الزيت وعزم الدوران المنقول. من خلال تحسين المعلمات للبيانات التي تم أخذ عينات منها ، يتم ضبط مجموعات المعلمات التي تؤثر على أداء فيلم الزيت ، متبوعة بالنمذجة والمحاكاة المتكررة لتوليد البيانات ، وفي النهاية الحصول على المعلمات المثلى لأخاديد لوحة الاحتكاك من خلال تحسين سطح الاستجابة.

يوضح الشكل 3 والشكل 4<...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقترح هذه الدراسة طريقة تصميم مثالية لهيكل أخدود الزيت لألواح الاحتكاك Hydro-Viscous Clutch. على وجه التحديد ، يهدف إلى تحسين أداء فيلم الزيت عن طريق تغيير المعلمات مثل العدد والترتيب والأبعاد الهندسية للأخاديد10. يتم استخدام مجموعة من عمليات المحاكاة العددية باستخدام برنامج Fluent ومنهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحليل وتحسين المعلمات مثل عدد الأخاديد الشعاعية وعمق الأخدود وطول قوس الأخاديد الشعاعية. الهدف هو تنفيذ نهج تصميم يوفر الوقت والتكاليف مع تقليل درجة حرارة غ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويعلن أصحاب البلاغ أنه ليس لديهم مصالح مالية متضاربة أو أي تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة الأبحاث لمكتب التعليم في مقاطعة هونان الصينية (23A0620) ، والصندوق الإقليمي المشترك لمشروع مؤسسة العلوم الطبيعية لمقاطعة هونان الصينية (2025JJ70310) ، وبرنامج ابتكار ممارسة الدراسات العليا بجامعة جيانغسو للتكنولوجيا (XSJCX24_44).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
الداريغير متاحغير متاحمادة سبيكة
Ansys-Workbenchأنسيسأنسيس 2023R1برنامج تصميم الكمبيوتر متعدد الأغراض بطريقة العناصر المحدودة.
خبير التصميمإحصائيات السهولةخبير التصميم 13أداة تحليل البيانات التجريبية 
رقم 8 الزيت الهيدروليكيغير متاحغير متاحسائل
الكمبيوتر الشخصي غير متاحغير متاحمعدات الكمبيوتر
أعمال صلبةداسو سيسٽمزسوليدوركس 2023أداة رسم البرامج الهندسية
فولاذغير متاحغير متاحمادة سبيكة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Li, J. Application of liquid viscous soft start device in coal mine belt conveyor. Inverter World. 11, 118-123 (2018).
  2. Yan, C. Research and application of safety protection device for coal mine belt conveyor. Energy Energy Saving. 2, 137-138 (2016).
  3. Duan, X., Wang, X. Comparative analysis of speed regulation and energy saving methods for high-power fans and pumps. Energy Saving. 5, 28-31 (2012).
  4. Wei, C., Zhao, J. Liquid Viscous Transmission Technology. , National Defense Industry. Beijing. (1996).
  5. Gu, Z., Yang, Q., Xu, L. Analysis and comparison of advantages and disadvantages of liquid viscous speed-regulating clutch and hydraulic coupling. Mod Manufact Technol Equip. 6, 28-31 (2006).
  6. Xie, F., Hou, Y. Oil film pressure field between deformed friction pairs in liquid viscous transmission. Constr Machinery. 42 (2), 41-44 (2011).
  7. Meng, Q., Hou, Y. Effects of friction disc surface groove on speed-regulating start. Ind Lubr Tribol. 61 (6), 325-331 (2009).
  8. Jen, T. C., Nemecek, D. J. Thermal analysis of a wet-disk clutch subjected to a constant energy engagement. Int J Heat Mass Transf. 51 (7-8), 1757-1769 (2008).
  9. Cui, J., et al. Thermal and mechanical characteristics analysis of radial groove friction discs in liquid viscous clutches. Mech Transmission. 5, 77-81 (2018).
  10. Yang, X., Bao, H., Zhang, W. Z. R. Influence of groove type on friction coefficient of wet friction clutch pair. Int J Automot Technol. 25 (1), 13-21 (2024).
  11. Tan, W., Chen, Z., Li, Z. Y. H. Thermal-fluid-solid coupling simulation and oil groove structure optimization of wet friction clutch for high-speed helicopter. Machines. 11 (2), 296(2023).
  12. Al-Sahb, W. A., Abdullah, O. I. A Three-Dimensional Finite Element Analysis for Grooved Friction Clutches. , SAE Technical Paper. (2015).
  13. Jang, J. Y., Khonsari, M. M., Maki, R. Three-dimensional thermos hydrodynamic analysis of a wet clutch with consideration of grooved friction surfaces. J Tribol. 133, 1703(2011).
  14. Li, M., Khonsari, M. M., McCarthy, D. M. Parametric analysis for a paper-based wet clutch with groove consideration. Tribol Int. 80, 222-233 (2014).
  15. Miyagawa, M., et al. Numerical simulation of temperature and torque curve of multidisk wet clutch with radial and circumferential grooves. Tribol Online. 4, 17-21 (2009).
  16. Zheng, Y., Li, Y. Effects of groove spacing on surface temperature rise and stress in wet clutches. Coal Mine Mach. 40 (9), 85-87 (2019).
  17. Wang, L., Li, L., Li, H. Analysis of temperature field variation process on wet clutch friction interface based on finite element method. Lubr Sealing. 42 (1), 15-26 (2017).
  18. Razzaque, M. M., Kato, T. Effects of a groove on the behavior of a squeeze film between a grooved and a plain rotating annular disk. J Tribol. 121 (4), 808-815 (1999).
  19. Xie, F., Hou, Y. Oil film hydrodynamic load capacity of hydro-viscous drive with variable viscosity. Ind Lubr Tribol. 63 (3), 210-215 (2013).
  20. Tong, Y., et al. Fluid state and transmission characteristics of oil film between rotating friction pair. Recent Pat Mech Eng. 8 (1), 38-43 (2015).
  21. Agarwal, R. K., et al. Research status and outlook for oil film power transmission between friction pairs. Recent Pat Mech Eng. 8 (2), 154-160 (2015).
  22. Zhang, L., et al. Optimization design of micro-texture on friction surface of high-speed wet clutch. Automot Eng. 46 (2), 320-328 (2024).
  23. Zhao, S., Hilmas, G. E., Dharani, L. R. Numerical simulation of wear in a C/C composite multi disk clutch. Carbon. 47 (9), 2219-2225 (2009).
  24. Xie, F., et al. Numerical prediction of oil film shear cavitation inception considering groove structure. J Mech Eng Sci. 236 (20), 16(2022).
  25. Wang, Q., et al. Numerical simulation and experimental investigation on the thermal-fluid-solid multi-physical field coupling characteristics of wet friction pairs considering cavitation effect. Appl Therm Eng. 260, 124955(2025).
  26. Zheng, G., et al. Numerical simulation and evaluation of the oil film flow field in hydro-viscous drive. Int J Digit Content Technol Its Appl. 7 (1), 764-771 (2013).
  27. Cui, J., et al. Numerical investigation on transient thermal behavior of multi disk friction pairs in hydro-viscous drive. Appl Therm Eng. 67 (1-2), 409-422 (2014).
  28. Zagrodzki, P. Thermoelastic instability in friction clutches and brakes: transient modal analysis revealing mechanisms of excitation of unstable modes. Int J Solids Struct. 46 (11), 2463-2476 (2009).
  29. Feng, X., et al. Optimization of an air-based heat management system for dusty particulate matter-covered lithium-ion battery packs. J Vis Exp. (201), e65892(2023).
  30. He, Y., Bayly, A. E., Hassanpour, A. Coupling CFD-DEM with dynamic meshing: a new approach for fluid-structure interaction in particle-fluid flows. Powder Technol. 325, 620-631 (2018).
  31. Zhu, X., et al. DEM simulation of a rotary drum with inclined flights using the response surface methodology. Processes. 11 (5), 1363(2023).
  32. Ballester-Ripoll, R., Leonelli, M. Global sensitivity analysis of uncertain parameters in Bayesian networks. Int J Approx Reasoning. 180, 109368(2025).
  33. Chen, J., Yu, J., Gong, Y. A new multi-physics coupled method for the temperature field of dry clutch assembly. Appl Sci. 13 (20), 11165(2023).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Hydro Viscous ClutchFriction Plate DesignOil Film TemperatureTorque TransmissionGroove StructureResponse Surface MethodologyBox Behnken DesignFinite Element ModelMesh PartitioningViscous Heating

Related Articles