Hydro-Viscous 클러치의 마찰판을 위한 파라메트릭 최적화 설계 방법

Summary

본 연구는 수치 해석 소프트웨어와 반응 표면 방법론(RSM)을 결합하여 유체 점성 클러치의 마찰판에 대한 최적화 설계 방법을 체계적으로 탐구합니다.

Abstract

하이드로 점성 클러치(HVC)는 액체 점성 전달 이론을 기반으로 작동하며, 점성 유체를 작동 매체로 사용하여 마찰판 사이의 유막의 전단력을 통해 동력을 전달합니다. 마찰판의 홈 구조는 토크, 전달 용량, 유막의 전단 유도 온도 상승에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 효율적인 토크 전달과 낮은 온도 상승의 균형을 맞추는 마찰판 구조를 설계하는 것이 매우 중요합니다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구는 홈 구조가 유막 특성에 미치는 영향을 분석하고 주요 영향 요인을 식별합니다. 그 후, 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 다양한 홈 구조에서 유막의 토크와 온도 상승을 계산했습니다. 그런 다음 마찰 플레이트의 구조적 매개변수는 RSM(Response Surface Methodology)의 Box-Behnken 설계를 사용하여 최적화되었습니다. 그 결과, 0.214mm의 홈 깊이, 5mm의 호 길이, 16개의 방사형 호 모양 홈, 5개의 원주 홈을 특징으로 하는 최적화된 마찰 플레이트 설계가 높은 토크 전달을 보장하면서 유막 온도를 크게 낮출 수 있음을 보여줍니다. 이 설계 접근 방식은 다양한 크기의 유체 점성 클러치에서 마찰 쌍의 최적화된 설계를 위한 참조를 제공합니다.

Introduction

사회적 생산성의 급속한 발전과 함께 건설 및 제조 공정에서 점점 더 많은 대형 중하중 기계가 활용되고 있습니다. 이러한 기계는 고출력 동적 속도 조절이 필요하며 낮은 에너지 소비를 고려해야 합니다.

최근 몇 년 동안 새로운 유형의 속도 제어 장치가 제안되어 중장비, 특히 Hydro-Viscous Clutch에 사용되었습니다. 이 장치는 기계, 전자 제어 및 유압 기술을 통합하여 유체 전단 전달과 기계적 마찰 전달을 모두 통합합니다. 에너지 효율적인 특성으로 인해 점점 더 널리 적용되고 있습니다 ^1,2,3.

Hydro-Viscous Clutch의 작동 원리는 뉴턴의 내부 마찰 법칙을 기반으로 하며 유막을 전단하여 생성된 토크를 활용하여 동력 전달과 부드러운 속도 조절을 달성합니다. 따라서 Hydro-Viscous Clutch는 안정적인 동력 전달 및 제어 ^4,5를 달....

Protocol

참고: 설계 계획의 기술적 경로는 그림 1에 나와 있으며, 주로 모델 설정, 시뮬레이션 분석 및 매개변수 최적화를 포함합니다. 모델 설정에는 단일 요인 분석에 필요한 모델과 영향 요인을 결정한 후 RSM(Response Surface Methodology)에 의해 제공된 실험 설계에서 파생된 모델의 두 가지 주요 범주가 포함됩니다. 모델 설정은 SolidWorks에서 완료하고, 시뮬레이션 해석은 Fluent에서 수행하며, 매개변수 최적화는 Design-Expert에서 수행됩니다.

1. 모델 수립

1. 마찰 패드의 기본 치수를 결정하고 마찰 패드의 내부 반경을 110mm, 외부 반경을 160mm, 유막 두께를 0.3mm로 설정합니다.
2. XY 평면에서 내부 지름이 110mm이고 외부 지름이 160mm인 원형 스케치를 작성하여 기본 모델을 설정한 다음 원을 0.3mm로 돌출시킵니다. 생성된 환형 모양이 오일 홈이 없는 유막 모델을 형성하도록 하여 기본 모델을 만듭니다.
3. 환형 모델의 한쪽 면에서 스케치 2를 작성하고 균일한 분포와 3mm 너비로 5개의 원형 ....

Results

이 계획의 모델링 및 시뮬레이션 해석 단계는 마찰판 홈의 어떤 매개변수가 유막 온도와 전달 토크에 큰 영향을 미치는지 확인하는 것을 목표로 합니다. 샘플링된 데이터의 매개변수 최적화를 통해 유막 성능에 영향을 미치는 매개변수의 조합을 조정한 다음 반복적인 모델링 및 시뮬레이션을 통해 데이터를 생성하고, 궁극적으로 응답 표면 최적화를 통해 마찰판 홈에 대한 최적의 매개변수를 얻습니다.

그림 3, 그림 4, 그림 5 및 그림 6은 유막의 전달 토크 및 평균 온도에 대한 다양한 홈 매개변수의 영향을 보여줍니다. 홈 구조의 변화로 인해 형성되는 유막의 모양이 다르기 때문에 전달 토크와 온도가 모두 변합니다.

Discussion

본 연구에서는 Hydro-Viscous Clutch 마찰판의 오일 홈 구조에 대한 최적화 설계 방법을 제안한다. 구체적으로, 그것은 홈(¹⁰)의 수, 배열 및 기하학적 치수와 같은 매개변수를 변경함으로써 유막 성능을 향상시키는 것을 목표로 합니다. Fluent 소프트웨어와 RSM(Response Surface Methodology)을 사용한 수치 시뮬레이션의 조합은 방사형 그루브의 수, 그루브 깊이 및 방사형 그루브의 호 길이와 같은 매개변수를 분석하고 최적화하는 데 사용됩니다. 목표는 시간과 비용을 절약하는 동시에 유막 온도를 최소화하고 충분한 토크 전달을 유지하여 궁극적으로 클러치의 수명을 연장하는 설계 접근 방식을 구현하는 것입니다.

시뮬레이션 및 최적화 프로세스 중에 수렴 실패 또는 예상 결과와의 편차와 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다음.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
알다리	해당 사항 없음	해당 사항 없음	합금 소재
Ansys-워크벤치	앤시스	앤시스 2023R1	다목적 유한 요소법 컴퓨터 설계 프로그램 소프트웨어.
디자인 전문가	스탯 이쉬움	디자인 전문가 13	실험 데이터 분석 도구
No.8 유압 오일	해당 사항 없음	해당 사항 없음	액체
PC	해당 사항 없음	해당 사항 없음	컴퓨터 장비
솔리드웍스	다쏘시스템	솔리드웍스 2023	엔지니어링 소프트웨어 도면 도구
강철	해당 사항 없음	해당 사항 없음	합금 소재