Research Article

Método de diseño de optimización paramétrica para placas de fricción de embragues hidroviscosos

DOI:

10.3791/68328

⸱

July 22nd, 2025

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

In This Article

Summary

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

Este estudio combina el software de análisis numérico con la metodología de superficie de respuesta (RSM) para explorar sistemáticamente el método de diseño de optimización para placas de fricción de embragues hidroviscosos.

Abstract

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

El embrague hidroviscoso (HVC) funciona según la teoría de la transmisión viscosa líquida, utilizando fluido viscoso como medio de trabajo para transmitir potencia a través de la fuerza de cizallamiento de la película de aceite entre las placas de fricción. La estructura de la ranura en las placas de fricción afecta directamente la capacidad de transmisión de par y aumenta la temperatura inducida por el cizallamiento de la película de aceite. Por lo tanto, el diseño de estructuras de placas de fricción que equilibren la transmisión eficiente del par y el aumento de baja temperatura es de gran importancia. Para abordar este problema, este estudio analiza el impacto de la estructura de la ranura en las características de la película de aceite e identifica los factores clave que influyen. Posteriormente, se utilizó un software de simulación para calcular el par y el aumento de temperatura de la película de aceite bajo diferentes estructuras de ranuras. A continuación, se optimizaron los parámetros estructurales de las placas de fricción utilizando el diseño de Box-Behnken de la metodología de superficie de respuesta (RSM). Los resultados muestran que el diseño optimizado de la placa de fricción, con una profundidad de ranura de 0,214 mm, una longitud de arco de 5 mm, 16 ranuras en forma de arco radial y 5 ranuras circunferenciales, puede reducir significativamente la temperatura de la película de aceite al tiempo que garantiza una alta transmisión de par. Este enfoque de diseño proporciona una referencia para el diseño optimizado de pares de fricción en embragues hidroviscosos de varios tamaños.

Introduction

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

Con el rápido desarrollo de la productividad social, se está utilizando un número cada vez mayor de grandes máquinas de carga pesada en los procesos de construcción y fabricación. Estas máquinas requieren una regulación dinámica de la velocidad de alta potencia y, al mismo tiempo, un bajo consumo de energía.

En los últimos años, se ha propuesto y utilizado un nuevo tipo de dispositivo de control de velocidad en maquinaria pesada, específicamente el embrague hidroviscoso. Este dispositivo integra tecnologías mecánicas, electrónicas y de control hidráulico, incorporando tanto la transmisión de cizallamiento de fluidos como la transmisión de fricción mecánica. Sus características de eficiencia energética han dado lugar a aplicaciones cada vez más extendidas 1,2,3.

El principio de funcionamiento del embrague hidroviscoso se basa en la ley de fricción interna de Newton, utilizando el par generado por el cizallamiento de la película de aceite para lograr la transmisión de potencia y una regulación suave de la velocidad. Por lo tanto, el embrague hidroviscoso puede lograr una transmisión de potencia estable y controlar 4,5. Los factores clave que afectan a la película de aceite son la estructura de la superficie de la placa de fricción. La superficie de las placas de fricción del embrague hidroviscoso no es lisa, sino que contiene ranuras de varias formas. La presencia de estas ranuras asegura la formación de una película de aceite a presión dinámica y un buen rendimiento de disipación de calor; Sin embargo, la película de aceite formada por placas de fricción ranuradas afecta el par de cizallamiento viscoso teórico. Además, la estructura de la ranura no solo afecta la uniformidad de la película de aceite formada, sino que también se relaciona con la temperatura generada por el cizallamiento de la película de aceite, lo que posteriormente afecta el efecto de enfriamiento de la placa de fricción. Una temperatura excesiva puede causar deformación y deformación de las placas de fricción, lo que lleva a una falla permanente6. Por lo tanto, el diseño estructural del embrague hidroviscoso se centra principalmente en el diseño de las placas de fricción, con el desafío clave de optimizar los siguientes parámetros: par transmitido, capacidad de carga de la película de aceite, uniformidad de la película de aceite, temperatura de la película de aceite, temperatura de la placa de fricción y resistencia de la placa de fricción 7,8.

El diseño de la estructura de la ranura de aceite para las placas de fricción del embrague hidroviscoso incluye principalmente varias disposiciones, como ranuras circunferenciales, ranuras radiales y ranuras en forma de arco 9,10,11. Investigaciones anteriores indican que, además de las diferencias en las formas de disposición, los diseños de la sección transversal de las ranuras de aceite también varían, incluidas las ranuras rectangulares, trapezoidales y en forma de arco. Las diferencias estructurales de las ranuras de aceite tienen varios impactos en las características de la película de aceite 12,13,14,15,16. En condiciones específicas, la película de aceite formada por diferentes estructuras de ranuras puede tener diferentes impactos en el rendimiento del embrague. Las dimensiones de los embragues utilizados en los diferentes dispositivos mecánicos no son únicas; Por lo tanto, el rendimiento de las placas de fricción con la misma estructura puede diferir significativamente cuando se utilizan en embragues de diferentes tamaños y condiciones de funcionamiento. Por lo tanto, el diseño de placas de fricción de embrague hidroviscoso para diversas maquinarias y diferentes condiciones operativas requiere un esquema de diseño y evaluación rentable y rápido.

El enfoque de diseño de las placas de fricción de embrague hidroviscoso abarca varios aspectos, incluido el análisis teórico, la investigación experimental y las simulaciones numéricas, centrándose en cómo los campos de presión, los campos de temperatura y los campos de velocidad de la película de aceite afectan el rendimiento 8,17,18,19,20,21 . Además, numerosos estudiosos han basado su investigación en la microtextura de la superficie de la placa de fricción y los materiales utilizados en las placas de fricción para mejorar el rendimiento del embrague hidroviscoso22,23. Muchos estudiosos han estudiado la relación entre las características de cavitación del campo de flujo giratorio en embragues hidroviscosos y la forma de la sección transversal del depósito de petróleo. Han analizado las posiciones de inicio de la cavitación por cizallamiento de la película de aceite bajo diferentes parámetros estructurales del surco, proporcionando una base teórica y soporte técnico para predecir el inicio de la cavitación por cizallamiento de la película de aceite24,25. Entre estos métodos, la simulación numérica se ha convertido en una herramienta de investigación clave, y con el desarrollo del software de simulación, la investigación se ha perfeccionado progresivamente. El módulo Fluent se utiliza principalmente para simular y analizar el impacto de diferentes estructuras de ranuras de petróleo en el rendimiento del campo de flujo, con el objetivo específico de optimizar las propiedades de la película de petróleo a través de cambios en las estructuras de las ranuras 26,27,28. Sin embargo, los análisis de simulación y los resultados experimentales obtenidos para requisitos específicos han cumplido consistentemente con las expectativas, pero no han sido validados para su aplicabilidad al diseño de placas de fricción en embragues hidroviscosos de diferentes tamaños.

Combinando los métodos de investigación existentes, este estudio aprovecha el software de simulación Fluent y la optimización de parámetros de la metodología de superficie de respuesta (RSM) de RSM para proponer un esquema de diseño adecuado para estructuras de ranuras de aceite en placas de fricción de varios tamaños. Esto implica analizar las características de la película de aceite bajo diferentes parámetros de ranura utilizando Fluent, discutir los factores clave que influyen significativamente en estas características, calcular los cambios de par y temperatura de la película de aceite formada por diferentes parámetros de ranura, y optimizar estadísticamente los parámetros estructurales de la placa de fricción utilizando el método de Box-Behnken.

Este estudio demuestra el análisis de optimización de placas de fricción con una estructura de ranura compuesta, que incluye ranuras circunferenciales de sección transversal rectangular combinadas con ranuras radiales de sección transversal en forma de arco. El objetivo es diseñar placas de fricción que puedan lograr simultáneamente una alta transmisión de par y una baja temperatura de la película de aceite. Los diseños futuros para diferentes tamaños de placas de fricción solo requerirán cambios en las dimensiones iniciales del modelo, manteniendo el mismo plan y procedimientos de investigación.

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

Protocol

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

NOTA: La ruta técnica del esquema de diseño se muestra en la Figura 1, que incluye principalmente el establecimiento del modelo, el análisis de simulación y la optimización de parámetros. El establecimiento del modelo incluye dos categorías principales: los modelos necesarios para el análisis de un solo factor y los modelos derivados del diseño experimental dado por la metodología de superficie de respuesta (RSM) después de determinar los factores influyentes. El establecimiento del modelo se completa en SolidWorks, el análisis de simulación se realiza en Fluent y la optimización de parámetros se realiza en Design-Expert.

1. Establecimiento modelo

  1. Determine las dimensiones básicas de la almohadilla de fricción y establezca el radio interior de la almohadilla de fricción en 110 mm, el radio exterior en 160 mm y el grosor de la película de aceite en 0,3 mm.
  2. Establezca un modelo básico creando un boceto circular con un diámetro interior de 110 mm y un diámetro exterior de 160 mm en el plano XY y, a continuación, extruya el círculo a 0,3 mm. Cree un modelo básico asegurándose de que la forma anular resultante forme un modelo de película de aceite sin ranuras de aceite.
  3. En una superficie lateral del modelo anular, cree el boceto 2 y dibuje 5 caras circulares con una distribución uniforme y una anchura de 3 mm, luego extrúyalas a 0,3 mm. Forme la película de aceite con una sección transversal rectangular creada por la ranura de aceite circunferencial.
  4. Cree el boceto 3 en el plano YZ, dibujando un arco semicircular con una longitud de arco de 3 mm, que es tangente a la película de aceite formada por la ranura de aceite circunferencial, luego extráigalo radialmente a la superficie exterior de la película de aceite y coloque el sólido a lo largo de la circunferencia del bucle interior para formar 14 componentes.
  5. Cree el boceto 4 en el plano XY, dibujando un círculo con un radio de 110 mm, luego corte el modelo sobrante usando el boceto, completando el establecimiento de 14 películas de aceite de ranura de aceite semicircular radial.
  6. Guarde el modelo establecido como el modelo geométrico de la película de aceite formada por los parámetros originales de la ranura de aceite.
  7. Modifique el boceto 2 para dibujar de 3 a 7 ranuras de aceite circunferenciales distribuidas uniformemente, cada una con un ancho de 3 mm, y genere cinco modelos de película de aceite que difieren solo en las ranuras de aceite circunferenciales. Guarde estos modelos en formato STEP.
  8. Modifique el boceto 3 para ajustar la longitud del arco semicircular a 3-6 mm, aumentando la longitud del arco en 0,5 mm cada vez, y genere siete modelos de película al óleo que difieren solo en la estructura semicircular radial. Guarde estos modelos en formato STEP.
  9. Modifique el boceto 2 ajustando el espesor de extrusión a 0,1-0,4 mm, aumentando el grosor en 0,05 mm cada vez, y genere siete modelos de película de aceite que difieren solo en la profundidad de las ranuras de aceite. Guarde estos modelos en formato STEP.
  10. Ajuste la cantidad de matriz circunferencial en el boceto 3 para modificar el número de ranuras de aceite radiales a 10-16 y genere siete modelos de película de aceite que difieren solo en el número de ranuras radiales. Guarde estos modelos en formato STEP.

2. Análisis de simulación

NOTA: El análisis de simulación incluye el preprocesamiento del modelo, la partición de la malla y los cálculos de simulación. Todos los pasos se completan en ANSYS Workbench.

  1. Preprocesamiento de modelos
    1. Abra la estación de trabajo Workbench y arrastre la geometría desde Toolbox > Component Systems > Geometry hasta el área del esquema del proyecto.
    2. Haga clic con el botón derecho en Geometría, seleccione Importar modelo de geometría para importar el modelo completado y, a continuación, haga clic para editar el modelo de geometría en Reclamación de espacio.
    3. En la barra de herramientas Reclamación de espacio , haga clic en Reparar y, a continuación, seleccione Aristas adicionales y Aristas divididas para completar la reparación, fusionando las líneas de división afectadas.
    4. Haga clic secuencialmente en Barra de herramientas > Diseño > Selección en Selección, luego seleccione la superficie interna del modelo y haga clic en Crear NS en el grupo, nombrándolo Entrada.
    5. Usando el mismo proceso, haga clic en la superficie exterior y asigne un nombre a su salida; haga clic en la superficie lisa de la pared inferior y nombre su B como la superficie de la pared donde la película de aceite entra en contacto con la almohadilla de fricción pasiva; seleccione todas las superficies sin nombre y asígneles el nombre Z como la superficie de la pared giratoria donde la película de aceite entra en contacto con la almohadilla de fricción activa.
    6. Salga de Reclamación de espacio y guarde el archivo para completar el preprocesamiento del modelo.
      NOTA: Todo el preprocesamiento del modelo geométrico antes de la simulación se completa de acuerdo con los pasos anteriores. La única diferencia es que el modelo de muro activo es incoherente, pero no afecta a ninguna operación.
  2. Partición de malla
    1. En la estación de trabajo Workbench , arrastre Fluent desde Toolbox > Component Systems > Fluent hasta el área del esquema del proyecto donde se ha agregado la geometría.
    2. Haga clic en Geometría y arrastre el ratón a la malla en el proyecto de Fluent para vincular su módulo de malla a los datos ascendentes de la geometría.
    3. Haga doble clic para abrir la malla y seleccione Geometría estanca para la partición de la malla. Siga el flujo de trabajo paso a paso para importar el modelo de geometría y agregar el tamaño local.
    4. Haga clic en Generar malla de superficie, establezca el Tamaño mínimo en 0,3 mm, el tamaño máximo en 8 mm y el Ángulo de norma de curvatura en 10. Después de establecer estos parámetros, haga clic en Generar la malla de superficie.
    5. Compruebe la calidad de la malla de superficie haciendo clic con el botón derecho en la malla de superficie generada y seleccionando Insertar calidad de malla de superficie mejorada. Establezca la Calidad mínima de malla en 0,7 y haga clic en Aceptar para completar la mejora de la malla de superficie.
    6. Haga clic en Describir modelo de geometría, seleccionando el modelo de geometría como compuesto únicamente por una región fluida sin huecos, manteniendo las demás opciones en su configuración predeterminada.
    7. Haga clic secuencialmente en Describir estructura de geometría y Actualizar la configuración de tipo de región, manteniendo la configuración predeterminada y completando el proceso.
    8. Haga clic en Agregar capa de límite, seleccionando 3 para el número de capas, mientras mantiene los demás ajustes predeterminados.
    9. Haga clic en Generar malla de volumen e inserte una Calidad de malla de volumen mejorada para asegurarse de que su calidad supere 0,12.
      NOTA: La partición de malla completada se muestra en la Figura complementaria 1.
    10. Después de generar la malla, haga clic en Cambiar al modo de solucionador. Espere a que se complete la partición de la malla y la importación al módulo de análisis.
      NOTA: La cantidad y la calidad de los elementos de la malla son fundamentales para la precisión de los resultados computacionales. La geometría estanca se utiliza para controlar el número y la calidad de la malla cambiando el tamaño de la celda. Como se muestra en la Figura 2, la reducción del tamaño mínimo especificado del elemento de malla de 0,8 mm a 0,1 mm aumenta el número de elementos de 534.595 a 2.649.371. A medida que cambia el número de elementos, la temperatura promedio de la película de aceite y el resultado del par transmitido permanecen estables, lo que indica que los aumentos adicionales en la calidad de la malla tienen un impacto mínimo en los resultados. Por lo tanto, se elige un tamaño mínimo de elemento de 0,3 mm para el mallado.
  3. Resolución de simulaciones
    1. Cambie de la partición de malla al modo de solucionador. Una vez que la malla haya terminado de cargarse, haga clic en Verificar mayúsculas y minúsculas en el menú General para validar la efectividad del modelo de elementos finitos y verificar si la malla tiene algún volumen negativo.
    2. Abra la ecuación de energía en la configuración del modelo. Ingrese a la interfaz de configuración del modelo viscoso, seleccione el Modelo laminar y habilite la opción Calentamiento viscoso .
      NOTA: La elección del modelo viscoso está determinada por el estado de flujo del campo de flujo de la película de petróleo, generalmente evaluado usando el número de Reynolds. Cuando el número de Reynolds es bajo, las partículas de fluido no se ven afectadas, lo que da lugar a un flujo laminar. Por el contrario, un número de Reynolds alto indica que las perturbaciones entre los fluidos se amplifican, transformando el flujo laminar en flujo turbulento. Sobre la base de la teoría del flujo alrededor del disco giratorio, el número de Reynolds asociado con la velocidad tangencial en el radio exterior se calcula utilizando la fórmula Re = R2ω/v. Donde Re es el número de Reynolds, R es el diámetro exterior de los discos de fricción, ω es la velocidad de rotación de la placa de fricción y v es la viscosidad cinemática. Cuando Re < 1 × 105, el flujo es laminar; cuando 2 × 105 < Re < 3 × 105, el flujo es turbulento. Para el fluido estudiado en este trabajo, con v = 30 mm2/s y R = 160 mm, se puede derivar lo siguiente. Cuando la velocidad de rotación de la placa de fricción es ω = 1000 rpm, el número de Reynolds del campo de flujo de película de aceite Re < 1 × 105, lo que indica que la película de aceite está en un estado de flujo laminar.
    3. Modifique los parámetros del material en la configuración de acuerdo con las propiedades de los dos materiales enumerados en la Tabla 1. Modifique los parámetros de material líquido denominados "Aire" en el sistema y, para el material sólido, modifique los parámetros denominados "Aluminio".
      NOTA: El líquido se seleccionará como aceite hidráulico # 8 para el material de la película de aceite, y el sólido utilizará material a base de cobre para el material de la almohadilla de fricción.
    4. Haga clic en Condiciones de contorno, seleccione la superficie de pared de la almohadilla de fricción activa llamada "Z", haga clic en Configuración de momento y configúrela como una superficie de pared giratoria que gira 100 rad/s alrededor del eje Y, con una condición de corte de Sin deslizamiento.
    5. Haga clic en Condiciones de contorno, seleccione la superficie de pared de la almohadilla de fricción pasiva llamada "B", haga clic en Configuración de momento y establézcala como una superficie de pared estacionaria con una condición de corte de Sin deslizamiento.
    6. Establezca las condiciones de contorno relacionadas con la transferencia de energía a través del acoplamiento del sistema.
    7. Establezca las condiciones de contorno de entrada y salida haciendo clic en la salida y configurándola en Salida de presión, con la presión manométrica establecida en 0, que corresponde a la presión atmosférica estándar.
    8. Establezca las condiciones de contorno de entrada haciendo clic en la entrada, configurándola como una entrada de velocidad con una velocidad de flujo de 1 m/s y una temperatura de entrada de 30 °C.
    9. Haga clic en Configuración de la solución , seleccionando el algoritmo SIMPLE para el modelo de método de solución. Elija el formato de ceñida de primer orden para Momentum y Energy, y mantenga los valores residuales en sus configuraciones predeterminadas.
    10. Después de completar los pasos anteriores, establezca el estado del dominio computacional en el momento inicial, por ejemplo, con una temperatura inicial de 26 °C, una presión de 0 Pa y velocidades en las direcciones XYZ establecidas en 0.
    11. Establezca el Número de iteracionesen 300 pasos, haga clic en el botón Calcular para iniciar el cálculo y espere los resultados.
    12. Una vez completados los cálculos iterativos, haga clic en Resultados > Informes > Flujos. Seleccione el caudal másico en flujos, verifique los caudales másicos para la entrada y la salida, asegurándose de que el error entre los dos sea inferior al 0,1% para validar la precisión de los resultados computacionales.
    13. Complete los pasos anteriores y luego analice los resultados de la simulación. Haga clic en Resultados > Informes > Fuerzas, seleccione el par alrededor del eje Y para la superficie de la pared B e interprete el valor viscoso resultante como el par de cizallamiento transmitido por la película de aceite.
    14. Salga del módulo de cálculo de caudal de fluido y, en la estación de trabajo Workbench , arrastre Resultados de Toolbox > Sistemas de componentes > Resultados al área de esquema del proyecto que ha completado los cálculos de simulación de caudal de fluido. Haga clic en la solución en el módulo de flujo de fluido y arrastre el ratón a los resultados.
    15. Ingrese los resultados, haga clic en Calculadoras y seleccione Calculadora de funciones para resolver la temperatura promedio de toda la película de aceite. Haga clic en Calcular para obtener la temperatura media general de la película de aceite.

3. Optimización de parámetros

NOTA: La optimización de parámetros se completa utilizando la metodología de superficie de respuesta para modelado y análisis. La metodología de superficie de respuesta requiere seleccionar tres factores que influyen significativamente en el par y la temperatura transferidos de la película de aceite, especificando sus valores de nivel alto y bajo. A continuación, se realiza el modelado y el análisis de las nuevas combinaciones generadas a partir de los factores y variables influyentes seleccionados, seguidos de cálculos de optimización utilizando los datos obtenidos.

  1. En el software Design-Expert, haga clic en NUEVO DISEÑO para crear un nuevo diseño.
  2. En el nuevo diseño, seleccione BOX-Behnken en Response Surface para establecer un modelo de optimización de tres factores y dos niveles.
  3. Haga clic en Factores numéricos para seleccionar tres factores: el número de ranuras radiales de aceite en la almohadilla de fricción, la profundidad de las ranuras y la longitud del arco de las ranuras de aceite, y rellene la tabla correspondiente.
  4. Introduzca los valores de nivel alto y bajo obtenidos del análisis de los tres factores de influencia en la tabla correspondiente.
  5. Establezca los puntos centrales por bloque en cinco, luego haga clic en el siguiente paso para cambiar las Variables de respuesta a 2, que son el par transmitido por la película de aceite y la temperatura promedio de la película de aceite. Haga clic en Finalizar para generar 17 conjuntos de puntos de muestra aleatorios.
  6. Establezca los datos del modelo recombinando los tres factores influyentes de los 17 conjuntos de puntos de muestreo aleatorios y repita la sección 1 para completar el establecimiento del modelo.
  7. Repita la sección 2 para el análisis de simulación para obtener el par transmitido y la temperatura promedio de la película de aceite después de la recombinación. Combine las variables predichas A, B y C de las tres combinaciones de influencia con los resultados simulados del par transmitido y la temperatura promedio para formar una nueva tabla de variables.
  8. A continuación, seleccione Cuadrático para el Orden de proceso en el modelo y elija Polinomio para el Tipo de modelo, manteniendo otras configuraciones predeterminadas.
  9. Después de completar el establecimiento del modelo de superficie de respuesta, calcule tanto el par como la temperatura promedio.
  10. Una vez completado el análisis, realice un análisis de errores del modelo. Haga clic en Análisis de Varianza (ANOVA) y analice los valores de R² y Precisión de Adeq en Estadísticas de Ajuste para verificar si el modelo cumple con los estándares.
  11. Haga clic en Optimización > Criterios de > numéricos, manteniendo sin cambios los rangos de los tres factores influyentes. Haga clic en Soluciones para encontrar el par máximo y la temperatura media mínima para los valores aproximados.
  12. Calcule los diferentes resultados para las matrices, siendo la combinación etiquetada como 1 la solución óptima para el modelo.

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

Results

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

Los pasos de análisis de modelado y simulación en el esquema tienen como objetivo determinar qué parámetros de las ranuras de la placa de fricción afectan significativamente la temperatura de la película de aceite y el par transmitido. A través de la optimización de parámetros de los datos muestreados, se ajustan las combinaciones de parámetros que afectan el rendimiento de la película de aceite, seguido de modelos y simulaciones repetidas para generar datos, obteniendo finalmente los parámetros óptimos para las ranuras ...

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

Discussion

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

Este estudio propone un método de diseño de optimización para la estructura de la ranura de aceite de las placas de fricción del embrague hidroviscoso. En concreto, se pretende mejorar el rendimiento de la película de aceite alterando parámetros como el número, la disposición y las dimensiones geométricas de las ranuras10. Se emplea una combinación de simulaciones numéricas utilizando el software Fluent y la metodología de superficie de respuesta (RSM) para analiz...

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

Disclosures

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

Los autores declaran que no tienen intereses financieros contrapuestos ni otros conflictos de intereses.

Acknowledgements

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

Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Investigación de la Oficina de Educación de la Provincia de Hunan de China (23A0620), el Fondo Conjunto Regional del Proyecto de la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Hunan de China (2025JJ70310), el Programa de Innovación de Prácticas de Posgrado de la Universidad Tecnológica de Jiangsu (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
CondaríoN/AN/AMaterial de aleación
Ansys-WorkbenchANSYSANSYS 2023R1Software de programa de diseño por computadora de método de elementos finitos multipropósito.
Experto en diseñoFacilidad de estadísticasExperto en diseño 13Una herramienta experimental de análisis de datos 
Aceite hidráulico n.º 8N/AN/ALíquido
PC N/AN/AEquipos informáticos
SOLIDWORKSDassault SystèmesSOLIDWORKS 2023Una herramienta de dibujo de software de ingeniería
AceroN/AN/AMaterial de aleación

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