Parametrisches Optimierungsverfahren für Reibscheiben von hydroviskosen Kupplungen

Summary

Diese Studie kombiniert numerische Analysesoftware mit der Response Surface Methodology (RSM), um die Optimierungsauslegungsmethode für Reibscheiben von hydroviskosen Kupplungen systematisch zu untersuchen.

Abstract

Die Hydro-Visco-Kupplung (HVC) arbeitet auf der Grundlage der Theorie der flüssigen viskosen Kupplung und verwendet viskose Flüssigkeit als Arbeitsmedium, um die Kraft durch die Scherkraft des Ölfilms zwischen den Reibplatten zu übertragen. Die Rillenstruktur auf den Reibplatten wirkt sich direkt auf die Drehmomentübertragungsfähigkeit und den Anstieg der scherinduzierten Temperatur des Ölfilms aus. Daher ist es von großer Bedeutung, Reibplattenstrukturen zu entwerfen, die eine effiziente Drehmomentübertragung und einen geringen Temperaturanstieg in Einklang bringen. Um diese Frage zu lösen, analysiert diese Studie den Einfluss der Rillenstruktur auf die Eigenschaften des Ölfilms und identifiziert die wichtigsten Einflussfaktoren. Anschließend wurde mit Hilfe einer Simulationssoftware das Drehmoment und der Temperaturanstieg des Ölfilms unter verschiedenen Rillenstrukturen berechnet. Die strukturellen Parameter der Reibplatten wurden dann mit Hilfe des Box-Behnken-Designs der Response Surface Methodology (RSM) optimiert. Die Ergebnisse zeigen, dass das optimierte Design der Reibplatte mit einer Nuttiefe von 0,214 mm, einer Lichtbogenlänge von 5 mm, 16 radialen bogenförmigen Rillen und 5 umlaufenden Rillen die Ölfilmtemperatur deutlich senken und gleichzeitig eine hohe Drehmomentübertragung gewährleisten kann. Dieser Auslegungsansatz stellt eine Referenz für die optimierte Auslegung von Reibpaaren in hydroviskosen Kupplungen unterschiedlicher Größe dar.

Introduction

Mit der rasanten Entwicklung der gesellschaftlichen Produktivität werden immer mehr große Schwerlastmaschinen in Bau- und Fertigungsprozessen eingesetzt. Diese Maschinen erfordern eine leistungsstarke dynamische Drehzahlregelung bei gleichzeitig geringem Energieverbrauch.

In den letzten Jahren wurde eine neue Art von Drehzahlregelung vorgeschlagen und in schweren Maschinen eingesetzt, nämlich die Hydro-Viscous-Kupplung. Dieses Gerät integriert mechanische, elektronische Steuerungs- und Hydrauliktechnologien, die sowohl die Flüssigkeitsscherübertragung als auch die mechanische Reibungsübertragung umfassen. Seine energieeffizienten Eigenschaften haben zu einer zunehmenden Verbreitung von Anwendungen geführt ^1,2,3.

Das Funktionsprinzip der Hydro-Viscous-Kupplung basiert auf dem Newtonschen inneren Reibungsgesetz, bei dem das durch das Scheren des Ölfilms erzeugte Drehmoment genutzt wird, um eine Kraftübertragung und eine reibungslose Drehzahlregelung zu erreichen. Daher kann die Hydro-Viscous-Kupplung eine stabile Kraftübertragung und Steuerung ^4,5 erreichen. Der entscheidende Einflussfaktor auf den Ölfilm ist die Oberflächenstruktur der Reibplatte. Die Oberfläche der Hydro-Viscous Clutch Reibscheiben ist nicht glatt, sondern enthält Rillen in verschiedenen Formen. Das Vorhandensein dieser Rillen gewährleistet die Bildung eines dynamischen Druckölfilms und eine gute Wärmeableitungsleistung; Der Ölfilm, der durch gerillte Reibplatten gebildet wird, beeinflusst jedoch das theoretische viskose Schermoment. Darüber hinaus beeinflusst die Rillenstruktur nicht nur die Gleichmäßigkeit des gebildeten Ölfilms, sondern bezieht sich auch auf die durch die Ölfilmscherung erzeugte Temperatur, was sich wiederum auf die Kühlwirkung der Reibplatte auswirkt. Zu hohe Temperaturen können zu Verformungen und Verformungen der Reibscheiben führen, was zu einem dauerhaften Ausfall führt⁶. Daher konzentriert sich die strukturelle Auslegung der Hydro-Visco-Kupplung in erster Linie auf die Konstruktion der Reibscheiben, wobei die zentrale Herausforderung darin besteht, die folgenden Parameter zu optimieren: übertragenes Drehmoment, Ölfilm-Belastbarkeit, Ölfilm-Gleichmäßigkeit, Ölfilmtemperatur, Reibplattentemperatur und Reibscheibenfestigkeit ^7,8.

Die Konstruktion der Ölrillenstruktur für Hydro-Viscous-Kupplungsreibscheiben umfasst hauptsächlich verschiedene Anordnungen, wie z. B. umlaufende Rillen, radiale Rillen und bogenförmige Rillen ^9,10,11. Frühere Untersuchungen deuten darauf hin, dass neben Unterschieden in den Anordnungsformen auch die Querschnittsdesigns der Ölrillen variieren, einschließlich rechteckiger, trapezförmiger und bogenförmiger Rillen. Die strukturellen Unterschiede der Ölrillen haben unterschiedliche Auswirkungen auf die Ölfilmeigenschaften 12,13,14,15,16. Der Ölfilm, der durch unterschiedliche Rillenstrukturen gebildet wird, kann sich unter bestimmten Bedingungen unterschiedlich auf die Leistung der Kupplung auswirken. Die Abmessungen der Kupplungen, die in verschiedenen mechanischen Geräten verwendet werden, sind nicht einzigartig. Daher kann sich die Leistung von Reibscheiben mit gleicher Struktur erheblich unterscheiden, wenn sie in Kupplungen unterschiedlicher Größe und Betriebsbedingungen eingesetzt werden. Daher erfordert die Konstruktion von Hydro-Viscous-Kupplungs-Reibscheiben für verschiedene Maschinen und unterschiedliche Betriebsbedingungen ein kosten- und zeiteffizientes Design- und Bewertungsschema.

Der Designansatz für Hydro-Viscous-Kupplungs-Reibscheiben umfasst verschiedene Aspekte, einschließlich theoretischer Analysen, experimenteller Forschung und numerischer Simulationen, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, wie sich die Druckfelder, Temperaturfelder und Geschwindigkeitsfelder des Ölfilms auf die Leistung^auswirken 8,17,18,19,20,21 . Darüber hinaus haben zahlreiche Wissenschaftler ihre Forschung auf die Mikrotextur der Reibscheibenoberfläche und die in den Reibscheiben verwendeten Materialien gestützt, um die Leistung der Hydro-Viscous Clutch^22,23 zu verbessern. Viele Wissenschaftler haben den Zusammenhang zwischen den Kavitationseigenschaften des rotierenden Strömungsfeldes in hydroviskosen Kupplungen und der Querschnittsform des Ölreservoirs untersucht. Sie haben die Initiierungspositionen der Ölfilmscherkavitation unter verschiedenen strukturellen Parametern der Rillen analysiert und damit eine theoretische Grundlage und technische Unterstützung für die Vorhersage des Beginns der Ölfilmscherkavitation bereitgestellt^24,25. Unter diesen Methoden ist die numerische Simulation zu einem wichtigen Forschungsinstrument geworden, und mit der Entwicklung von Simulationssoftware wurde die Forschung nach und nach verfeinert. Das Fluent-Modul wird in erster Linie zur Simulation und Analyse des Einflusses verschiedener Ölrillenstrukturen auf die Leistung des Fließfeldes verwendet, mit dem spezifischen Ziel, die Eigenschaften des Ölfilms durch Änderungen der Rillenstrukturen zu optimieren 26,27,28. Die Simulationsanalysen und experimentellen Ergebnisse, die für spezifische Anforderungen erzielt wurden, haben jedoch durchweg die Erwartungen erfüllt, wurden jedoch nicht auf ihre Anwendbarkeit auf die Reibscheibenkonstruktion in Hydro-Visco-Kupplungen unterschiedlicher Größe validiert.

Durch die Kombination bestehender Forschungsmethoden nutzt diese Studie die Simulationssoftware Fluent und die Parameteroptimierung der RSM-Reaktionsoberflächenmethodik (RSM), um ein Designschema vorzuschlagen, das für Ölrillenstrukturen in Reibplatten unterschiedlicher Größe geeignet ist. Dabei werden die Eigenschaften des Ölfilms unter verschiedenen Rillenparametern mit Fluent analysiert, die Schlüsselfaktoren diskutiert, die diese Eigenschaften maßgeblich beeinflussen, die Drehmoment- und Temperaturänderungen des durch verschiedene Rillenparameter gebildeten Ölfilms berechnet und die Strukturparameter der Reibplatte mit der Box-Behnken-Methode statistisch optimiert.

Diese Studie demonstriert die Optimierungsanalyse von Reibplatten mit einer Verbundnutstruktur, die Umfangsnuten mit rechteckigem Querschnitt in Kombination mit radialen Nuten mit bogenförmigem Querschnitt umfasst. Ziel ist es, Reibscheiben zu konstruieren, die gleichzeitig eine hohe Drehmomentübertragung und eine niedrige Ölfilmtemperatur erreichen können. Zukünftige Entwürfe für unterschiedliche Größen von Reibplatten werden nur Änderungen an den ursprünglichen Abmessungen des Modells erfordern, während der gleiche Forschungsplan und die gleichen Verfahren beibehalten werden.

Protocol

HINWEIS: Der technische Weg des Entwurfsschemas ist in Abbildung 1 dargestellt, der hauptsächlich die Modellerstellung, die Simulationsanalyse und die Parameteroptimierung umfasst. Die Modellerstellung umfasst zwei Hauptkategorien: Modelle, die für die Einzelfaktorenanalyse erforderlich sind, und Modelle, die aus dem Versuchsdesign abgeleitet werden, das durch die Response-Surface-Methodik (RSM) nach Bestimmung der Einflussfaktoren gegeben wird. Die Erstellung des Modells wird in SolidWorks abgeschlossen, die Simulationsanalyse wird in Fluent durchgeführt und die Parameteroptimierung wird in Design-Expert durchgeführt.

1. Einrichtung des Modells

1. Bestimmen Sie die Grundabmessungen des Reibbelags und stellen Sie den Innenradius des Reibbelags auf 110 mm, den Außenradius auf 160 mm und die Ölfilmdicke auf 0,3 mm ein.
2. Erstellen Sie ein Basismodell, indem Sie eine kreisförmige Skizze mit einem Innendurchmesser von 110 mm und einem Außendurchmesser von 160 mm auf der XY-Ebene erstellen und dann den Kreis auf 0,3 mm extrudieren. Erstellen Sie ein Basismodell, indem Sie sicherstellen, dass die resultierende ringförmige Form ein Ölfilmmodell ohne Ölrillen bildet.
3. Erstellen Sie auf einer Seitenfläche des ringförmigen Modells Skizze 2 und zeichnen Sie 5 kreisförmige Flächen mit einer gleichmäßigen Verteilung und einer Breite von 3 mm, dann extrudieren Sie sie auf 0,3 mm. Bilden Sie den Ölfilm mit einem rechteckigen Querschnitt, der durch die umlaufende Ölrille entsteht.
4. Erstellen Sie Skizze 3 auf der YZ-Ebene, indem Sie einen halbkreisförmigen Bogen mit einer Bogenlänge von 3 mm zeichnen, der tangential zu dem Ölfilm ist, der durch die umlaufende Ölrille gebildet wird, extrudieren Sie ihn dann radial zur Außenfläche des Ölfilms und ordnen Sie den Volumenkörper entlang des Umfangs der inneren Schleife an, um 14 Komponenten zu bilden.
5. Erstellen Sie Skizze 4 auf der XY-Ebene, indem Sie einen Kreis mit einem Radius von 110 mm zeichnen, dann das überschüssige Modell mit der Skizze wegschneiden und die Erstellung von 14 radialen halbkreisförmigen Ölrillenölfilmen abschließen.
6. Speichern Sie das erstellte Modell als geometrisches Modell des Ölfilms, der aus den ursprünglichen Ölrillenparametern gebildet wird.
7. Ändern Sie Skizze 2 so, dass 3-7 gleichmäßig verteilte umlaufende Ölrillen mit einer Breite von jeweils 3 mm gezeichnet werden, und erzeugen Sie fünf Ölfilmmodelle, die sich nur in den umlaufenden Ölrillen unterscheiden. Speichern Sie diese Modelle im STEP-Format.
8. Ändern Sie Skizze 3 so, dass die Bogenlänge des Bogens auf 3 bis 6 mm angepasst wird, wobei die Bogenlänge jedes Mal um 0,5 mm erhöht wird, und generieren Sie sieben Ölfilmmodelle, die sich nur in der radialen halbkreisförmigen Struktur unterscheiden. Speichern Sie diese Modelle im STEP-Format.
9. Ändern Sie Skizze 2, indem Sie die Extrusionsdicke auf 0,1 bis 0,4 mm anpassen, die Dicke jedes Mal um 0,05 mm erhöhen und sieben Ölfilmmodelle erzeugen, die sich nur in der Tiefe der Ölrillen unterscheiden. Speichern Sie diese Modelle im STEP-Format.
10. Passen Sie die Größe des Umfangsarrays in Skizze 3 an, um die Anzahl der radialen Ölrillen auf 10-16 zu ändern, und generieren Sie sieben Ölfilmmodelle, die sich nur in der Anzahl der radialen Rillen unterscheiden. Speichern Sie diese Modelle im STEP-Format.

2. Analyse der Simulation

HINWEIS: Die Simulationsanalyse umfasst die Modellvorverarbeitung, die Netzpartitionierung und Simulationsberechnungen. Alle Schritte werden in ANSYS Workbench ausgeführt.

1. Modell-Vorverarbeitung
   1. Öffnen Sie die Workbench-Workstation und ziehen Sie die Geometrie aus Toolbox > Component Systems > Geometry in den Schaltplanbereich des Projekts.
   2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Geometrie, wählen Sie Geometriemodell importieren aus, um das fertige Modell zu importieren, und klicken Sie dann, um das Geometriemodell in Space Claim zu bearbeiten.
   3. Klicken Sie in der Symbolleiste "Space Claim " auf "Reparieren" und wählen Sie dann "Zusätzliche Kanten " und " Geteilte Kanten" aus, um die Reparatur abzuschließen und die betroffenen Trennlinien zusammenzuführen.
   4. Klicken Sie nacheinander auf Symbolleiste > Design > Auswahl in Auswahl, wählen Sie dann die innere Fläche des Modells aus und klicken Sie in der Gruppe auf NS erstellen , und nennen Sie sie Inlet.
   5. Klicken Sie auf die gleiche Weise auf die äußere Oberfläche und benennen Sie ihre Steckdose. Klicken Sie auf die glatte untere Wandfläche und benennen Sie deren B als die Wandfläche, an der der Ölfilm den passiven Reibbelag berührt; Markieren Sie alle unbenannten Flächen und benennen Sie sie mit Z als rotierende Wandfläche, an der der Ölfilm den aktiven Reibbelag berührt.
   6. Beenden Sie Space Claim, und speichern Sie die Datei, um die Vorverarbeitung des Modells abzuschließen.
      HINWEIS: Die gesamte Vorverarbeitung des geometrischen Modells vor der Simulation wird gemäß den obigen Schritten abgeschlossen. Der einzige Unterschied besteht darin, dass das aktive Wandmodell inkonsistent ist, aber keine Auswirkungen auf Vorgänge hat.
2. Mesh-Partitionierung
   1. Ziehen Sie in der Workbench-Workstation Fluent aus Toolbox > Component Systems > Fluent in den Schaltplanbereich des Projekts, in dem die Geometrie hinzugefügt wurde.
   2. Klicken Sie auf Geometrie und ziehen Sie die Maus auf das Netz im Fluent-Projekt, um dessen Netzmodul mit den Upstream-Daten der Geometrie zu verknüpfen.
   3. Doppelklicken Sie, um das Netz zu öffnen, und wählen Sie Wasserdichte Geometrie für die Netzpartitionierung aus. Befolgen Sie die Anweisungen Schritt für Schritt, um das Geometriemodell zu importieren und die lokale Dimensionierung hinzuzufügen.
   4. Klicken Sie auf Flächennetz generieren, legen Sie die Mindestgröße auf 0,3 mm, die maximale Größe auf 8 mm und den Krümmungsnormwinkel auf 10 fest. Nachdem Sie diese Parameter festgelegt haben, klicken Sie auf Oberflächennetz generieren.
   5. Überprüfen Sie die Qualität des Oberflächennetzes, indem Sie mit der rechten Maustaste auf das generierte Oberflächennetz klicken und Verbesserte Oberflächennetzqualität einfügen auswählen. Legen Sie die minimale Netzqualität auf 0,7 fest, und klicken Sie auf OK , um die Verbesserung des Oberflächennetzes abzuschließen.
   6. Klicken Sie auf Geometriemodell beschreiben, und wählen Sie das Geometriemodell so aus, dass es ausschließlich aus einem Fluidbereich ohne Lücken besteht, und behalten Sie die Standardeinstellungen für die anderen Optionen bei.
   7. Klicken Sie nacheinander auf Geometriestruktur beschreiben und Einstellungen für Bereichstyp aktualisieren, behalten Sie die Standardeinstellungen bei und schließen Sie den Vorgang ab.
   8. Klicken Sie auf Grenzschicht hinzufügen, und wählen Sie 3 für die Anzahl der Layer aus, während die anderen Einstellungen auf den Standardeinstellungen beibehalten werden.
   9. Klicken Sie auf Volumennetz generieren , und fügen Sie eine verbesserte Volumennetzqualität ein, um sicherzustellen, dass die Qualität 0,12 überschreitet.
      HINWEIS: Die abgeschlossene Netzpartitionierung ist in der ergänzenden Abbildung 1 dargestellt.
   10. Klicken Sie nach dem Generieren des Netzes auf In den Solver-Modus wechseln. Warten Sie, bis die Netzpartitionierung und der Import in das Analysemodul abgeschlossen sind.
       HINWEIS: Die Quantität und Qualität der Netzelemente sind entscheidend für die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse. Die wasserdichte Geometrie wird verwendet, um die Anzahl und Qualität des Netzes durch Ändern der Zellengröße zu steuern. Wie in Abbildung 2 gezeigt, erhöht sich durch die Reduzierung der angegebenen minimalen Netzelementgröße von 0,8 mm auf 0,1 mm die Anzahl der Elemente von 534.595 auf 2.649.371. Wenn sich die Anzahl der Elemente ändert, bleiben die durchschnittliche Temperatur des Ölfilms und das übertragene Drehmoment stabil, was darauf hindeutet, dass weitere Erhöhungen der Maschenqualität nur minimale Auswirkungen auf die Ergebnisse haben. Daher wird für die Vernetzung eine Mindestelementgröße von 0,3 mm gewählt.
3. Lösen von Simulationen
   1. Wechseln Sie von der Netzpartitionierung in den Solver-Modus. Sobald das Netz fertig geladen ist, klicken Sie im Menü Allgemein auf Fall prüfen, um die Wirksamkeit des Finite-Elemente-Modells zu validieren und zu prüfen, ob das Netz ein negatives Volumen aufweist.
   2. Öffnen Sie die Energiegleichung in den Modelleinstellungen. Rufen Sie die Benutzeroberfläche für die Einstellungen des viskosen Modells auf, wählen Sie das laminare Modell aus und aktivieren Sie die Option Viskose Erwärmung .
      HINWEIS: Die Wahl des viskosen Modells wird durch den Fließzustand des Ölfilmströmungsfeldes bestimmt, der in der Regel anhand der Reynolds-Zahl bewertet wird. Wenn die Reynolds-Zahl niedrig ist, werden die Flüssigkeitspartikel nicht beeinflusst, was zu einer laminaren Strömung führt. Umgekehrt deutet eine hohe Reynolds-Zahl darauf hin, dass Störungen zwischen den Fluiden verstärkt werden und die laminare Strömung in eine turbulente Strömung umgewandelt wird. Basierend auf der Strömungstheorie um die rotierende Scheibe wird die Reynolds-Zahl in Verbindung mit der Tangentialgeschwindigkeit am äußeren Radius mit der Formel Re = R²ω/v berechnet. Dabei ist Re die Reynolds-Zahl, R der Außendurchmesser der Reibscheiben, ω die Drehzahl der Reibplatte und v die kinematische Viskosität. Wenn Re < 1 × 10⁵ ist, ist die Strömung laminar; Wenn 2 × 10⁵ < Re < 3 × 10⁵ ist, ist die Strömung turbulent. Für das in dieser Arbeit untersuchte Fluid mit v = 30 mm²/s und R = 160 mm lässt sich folgendes ableiten. Wenn die Drehzahl der Reibplatte ω = 1000 U/min beträgt, < die Reynoldszahl des Ölfilmströmungsfeldes Re 1 × 10⁵, was bedeutet, dass sich der Ölfilm in einem laminaren Strömungszustand befindet.
   3. Ändern Sie die Materialparameter in den Einstellungen entsprechend den Eigenschaften der beiden in Tabelle 1 aufgeführten Materialien. Ändern Sie die Parameter für flüssiges Material mit dem Namen "Luft" im System, und ändern Sie für das feste Material die Parameter mit dem Namen "Aluminium".
      HINWEIS: Die Flüssigkeit wird als Hydrauliköl #8 für das Ölfilmmaterial ausgewählt, und der Feststoff verwendet kupferbasiertes Material für das Reibbelagmaterial.
   4. Klicken Sie auf Randbedingungen, wählen Sie die aktive Wandfläche des Reibungsbelags mit dem Namen "Z" aus, klicken Sie auf Momentum-Einstellungen , und legen Sie sie als rotierende Wandfläche fest, die sich um 100 rad/s um die Y-Achse dreht, mit der Schubbedingung Kein Schlupf.
   5. Klicken Sie auf Randbedingungen, wählen Sie die Wandfläche des passiven Reibungsbelags mit dem Namen "B" aus, klicken Sie auf Momentum-Einstellungen, und legen Sie sie als stationäre Wandfläche mit der Schubbedingung "Kein Schlupf" fest.
   6. Legen Sie die Randbedingungen für die Energieübertragung über die Systemkopplung fest.
   7. Legen Sie die Randbedingungen für Einlass und Auslass fest, indem Sie auf den Auslass klicken und ihn auf Druckausgang setzen, wobei der Überdruck auf 0 eingestellt ist, was dem normalen atmosphärischen Druck entspricht.
   8. Stellen Sie die Einlassrandbedingungen ein, indem Sie auf den Einlass klicken, und stellen Sie ihn als Geschwindigkeitseinlass mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 m/s und einer Einlasstemperatur von 30 °C ein.
   9. Klicken Sie auf die Lösungseinstellungen und wählen Sie den SIMPLE-Algorithmus für das Lösungsmethodenmodell aus. Wählen Sie das Format Aufwind erster Ordnung für Momentum und Energie, und behalten Sie die Restwerte auf den Standardeinstellungen bei.
   10. Nachdem Sie die obigen Schritte ausgeführt haben, legen Sie den Zustand des Rechenbereichs im Anfangsmoment fest, z. B. mit einer Anfangstemperatur von 26 °C, einem Druck von 0 Pa und Geschwindigkeiten in XYZ-Richtungen von 0.
   11. Legen Sie die Anzahl der Iterationens auf 300 Schritte fest, klicken Sie auf die Schaltfläche Berechnen , um die Berechnung zu starten, und warten Sie auf die Ergebnisse.
   12. Sobald die iterativen Berechnungen abgeschlossen sind, klicken Sie auf Ergebnisse > Berichte > Flüsse. Wählen Sie die Massendurchflussrate in Flussmitteln aus, überprüfen Sie die Massendurchflussraten für Einlass und Auslass und stellen Sie sicher, dass der Fehler zwischen den beiden weniger als 0,1 % beträgt, um die Genauigkeit der Berechnungsergebnisse zu validieren.
   13. Führen Sie die obigen Schritte aus, und analysieren Sie dann die Ergebnisse der Simulation. Klicken Sie auf Ergebnisse > Berichte > Kräfte, wählen Sie das Drehmoment um die Y-Achse für die Wandfläche B aus, und interpretieren Sie den resultierenden viskosen Wert als das vom Ölfilm übertragene Schubdrehmoment.
   14. Beenden Sie das Modul zur Berechnung der Strömung und ziehen Sie in der Workbench-Workstation Ergebnisse aus der Toolbox > Komponentensysteme > Ergebnisse in den schematischen Bereich des Projekts, in dem die Berechnungen der Strömungssimulation abgeschlossen sind. Klicken Sie im Fluid-Flow-Modul auf die Lösung und ziehen Sie die Maus auf die Ergebnisse.
   15. Geben Sie die Ergebnisse ein, klicken Sie auf Rechner und wählen Sie Funktionsrechner , um die Durchschnittstemperatur des gesamten Ölfilms zu ermitteln. Klicken Sie auf Berechnen , um die durchschnittliche Gesamttemperatur des Ölfilms zu erhalten.

3. Optimierung der Parameter

HINWEIS: Die Parameteroptimierung wird unter Verwendung der Methode der Antwortfläche für die Modellierung und Analyse abgeschlossen. Die Methodik der Ansprechfläche erfordert die Auswahl von drei Faktoren, die das übertragene Drehmoment und die Temperatur des Ölfilms signifikant beeinflussen, und die Angabe ihrer hohen und niedrigen Werte. Für die neuen Kombinationen, die aus den ausgewählten Einflussfaktoren und Variablen generiert werden, erfolgt dann eine Modellierung und Analyse, gefolgt von Optimierungsberechnungen unter Verwendung der erhaltenen Daten.

1. Klicken Sie in der Design-Expert Software auf NEUES DESIGN , um ein neues Design zu erstellen.
2. Wählen Sie im neuen Design BOX-Behnken aus Response Surface aus, um ein zweistufiges Optimierungsmodell mit drei Faktoren zu erstellen.
3. Klicken Sie auf Numerische Faktoren , um drei Faktoren auszuwählen: die Anzahl der radialen Ölrillen im Reibbelag, die Tiefe der Rillen und die Bogenlänge der Ölrillen, und füllen Sie die entsprechende Tabelle aus.
4. Tragen Sie die High- und Low-Level-Werte, die Sie aus der Analyse der drei Einflussfaktoren erhalten haben, in die entsprechende Tabelle ein.
5. Stellen Sie die Mittelpunkte pro Block auf fünf ein und klicken Sie dann auf den nächsten Schritt, um die Antwortvariablen auf 2 zu ändern, d. h. das vom Ölfilm übertragene Drehmoment und die durchschnittliche Temperatur des Ölfilms. Klicken Sie auf Fertig stellen , um 17 Sätze von Zufallsstichprobenpunkten zu generieren.
6. Ermitteln Sie die Modelldaten, indem Sie die drei Einflussfaktoren aus den 17 Sätzen von Zufallsstichprobenpunkten neu kombinieren, und wiederholen Sie Abschnitt 1, um die Modellerstellung abzuschließen.
7. Wiederholen Sie Abschnitt 2 für die Simulationsanalyse, um das übertragene Drehmoment und die durchschnittliche Temperatur des Ölfilms nach der Rekombination zu erhalten. Führen Sie die vorhergesagten Variablen A, B und C der drei Einflusskombinationen mit den simulierten Ergebnissen des übertragenen Drehmoments und der Durchschnittstemperatur zu einer neuen Variablentabelle zusammen.
8. Wählen Sie als Nächstes Quadratisch für die Prozessreihenfolge im Modell aus, und wählen Sie Polynom als Modelltyp aus, wobei die anderen Einstellungen auf den Standardeinstellungen beibehalten werden.
9. Berechnen Sie nach Abschluss der Erstellung des Modells der Ansprechfläche sowohl das Drehmoment als auch die Durchschnittstemperatur.
10. Führen Sie nach Abschluss der Analyse eine Fehleranalyse des Modells durch. Klicken Sie auf Varianzanalyse (ANOVA) und analysieren Sie die Werte von R² und Adeq Precision in Fit Statistics , um zu überprüfen, ob das Modell die Standards erfüllt.
11. Klicken Sie auf Optimierung > Numerische > Kriterien, wobei die Bereiche für die drei Einflussfaktoren unverändert bleiben. Klicken Sie auf Lösungen , um das maximale Drehmoment und die minimale Durchschnittstemperatur für die ungefähren Werte zu finden.
12. Berechnen Sie die unterschiedlichen Ergebnisse für die Arrays, wobei die Kombination mit der Bezeichnung 1 die optimale Lösung für das Modell ist.

Results

Die Modellierungs- und Simulationsanalyseschritte in dem Schema zielen darauf ab, zu bestimmen, welche Parameter der Reibscheibenrillen die Ölfilmtemperatur und das übertragene Drehmoment signifikant beeinflussen. Durch die Parameteroptimierung der abgetasteten Daten werden die Kombinationen von Parametern, die die Leistung des Ölfilms beeinflussen, angepasst, gefolgt von wiederholten Modellierungen und Simulationen zur Datengenerierung, um schließlich die optimalen Parameter für die Rillen der Reibplatte durch Optimieru...

Discussion

In dieser Studie wird eine Optimierungsauslegungsmethode für die Ölrillenstruktur der Hydro-Viscous Clutch Reibscheiben vorgeschlagen. Insbesondere zielt es darauf ab, die Leistung des Ölfilms zu verbessern, indem Parameter wie Anzahl, Anordnung und geometrische Abmessungen der Rillen¹⁰ geändert werden. Eine Kombination aus numerischen Simulationen mit der Fluent-Software und der Response Surface Methodology (RSM) wird eingesetzt, um Parameter wie die Anzahl der r...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aldary	N/A	N/A	Legierungsmaterial
Ansys-Workbench	ANSYS	ANSYS 2023R1	Mehrzweck-Computerdesign-Programmsoftware mit Finite-Elemente-Methode.
Design-Experte	Stat-Leichtigkeit	Design-Experte 13	Ein Werkzeug zur experimentellen Datenanalyse
Nr.8 Hydrauliköl	N/A	N/A	Flüssigkeit
PC	N/A	N/A	Computerausrüstung
SOLIDWORKS	Dassault Systèmes	SOLIDWORKS 2023	Ein Zeichenwerkzeug für Engineering-Software
Stahl	N/A	N/A	Legierungsmaterial