Research Article

Parametrische optimalisatie ontwerpmethode voor frictieplaten van hydroviskeuze koppelingen

DOI:

10.3791/68328

⸱

July 22nd, 2025

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

In This Article

Summary

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

Deze studie combineert numerieke analysesoftware met responsoppervlaktemethodologie (RSM) om systematisch de optimalisatieontwerpmethode voor wrijvingsplaten van hydroviskeuze koppelingen te onderzoeken.

Abstract

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

De hydro-viskeuze koppeling (HVC) werkt op basis van de theorie van vloeibare viskeuze transmissie, waarbij viskeuze vloeistof als werkmedium wordt gebruikt om kracht over te brengen door de schuifkracht van de oliefilm tussen wrijvingsplaten. De groefstructuur op de frictieplaten heeft een directe invloed op de koppeloverdrachtscapaciteit en de stijging van de door afschuiving geïnduceerde temperatuur van de oliefilm. Daarom is het ontwerpen van frictieplaatstructuren die een efficiënte koppeloverdracht en lage temperatuurstijging in evenwicht houden, van groot belang. Om dit probleem aan te pakken, analyseert deze studie de impact van de groefstructuur op de kenmerken van de oliefilm en identificeert het de belangrijkste beïnvloedende factoren. Vervolgens werd simulatiesoftware gebruikt om het koppel en de temperatuurstijging van de oliefilm onder verschillende groefstructuren te berekenen. De structurele parameters van de frictieplaten werden vervolgens geoptimaliseerd met behulp van het Box-Behnken-ontwerp van de responsoppervlakmethodologie (RSM). De resultaten tonen aan dat het geoptimaliseerde ontwerp van de frictieplaat, met een groefdiepte van 0,214 mm, een booglengte van 5 mm, 16 radiale boogvormige groeven en 5 omtrekgroeven, de temperatuur van de oliefilm aanzienlijk kan verlagen en tegelijkertijd een hoge koppeloverdracht kan garanderen. Deze ontwerpbenadering biedt een referentie voor het geoptimaliseerde ontwerp van wrijvingsparen in hydroviskeuze koppelingen van verschillende afmetingen.

Introduction

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

Met de snelle ontwikkeling van de sociale productiviteit worden steeds meer grote machines met zware lasten gebruikt in bouw- en productieprocessen. Deze machines vereisen een dynamische snelheidsregeling met hoog vermogen, terwijl ook rekening wordt gehouden met een laag energieverbruik.

In de afgelopen jaren is een nieuw type snelheidsregelaar voorgesteld en gebruikt in zware machines, met name de hydroviskeuze koppeling. Dit apparaat integreert mechanische, elektronische besturings- en hydraulische technologieën, waarbij zowel vloeistofafschuiftransmissie als mechanische wrijvingstransmissie zijn geïntegreerd. De energie-efficiënte eigenschappen hebben geleid tot steeds wijdverbreide toepassingen 1,2,3.

Het werkingsprincipe van de hydro-viskeuze koppeling is gebaseerd op de interne wrijvingswet van Newton, waarbij het koppel wordt gebruikt dat wordt gegenereerd door het afschuiven van de oliefilm om krachtoverbrenging en een soepele snelheidsregeling te bereiken. Daarom kan de hydro-viskeuze koppeling een stabiele krachtoverbrengingen regeling 4,5 bereiken. De belangrijkste factoren die van invloed zijn op de oliefilm zijn de oppervlaktestructuur van de frictieplaat. Het oppervlak van de Hydro-Viscous Clutch frictieplaten is niet glad, maar bevat groeven in verschillende vormen. De aanwezigheid van deze groeven zorgt voor de vorming van een oliefilm met dynamische druk en een goede warmteafvoer; De oliefilm gevormd door gegroefde wrijvingsplaten beïnvloedt echter het theoretische viskeuze afschuifkoppel. Bovendien heeft de groefstructuur niet alleen invloed op de uniformiteit van de gevormde oliefilm, maar ook op de temperatuur die wordt gegenereerd door de afschuiving van de oliefilm, die vervolgens het koeleffect van de frictieplaat beïnvloedt. Te hoge temperatuur kan kromtrekken en vervorming van de frictieplaten veroorzaken, wat leidt tot permanent falen6. Daarom richt het structurele ontwerp van de hydroviskeuze koppeling zich voornamelijk op het ontwerp van de frictieplaten, met als belangrijkste uitdaging het optimaliseren van de volgende parameters: overgebracht koppel, laadvermogen van de oliefilm, uniformiteit van de oliefilm, temperatuur van de oliefilm, temperatuur van de wrijvingsplaat en sterkte van de wrijvingsplaat 7,8.

Het ontwerp van de oliegroefstructuur voor Hydro-Viskeuze koppelingsfrictieplaten omvat voornamelijk verschillende opstellingen, zoals omtreksgroeven, radiale groeven en boogvormige groeven 9,10,11. Eerder onderzoek geeft aan dat, naast verschillen in rangschikkingsvormen, ook de dwarsdoorsnedeontwerpen van de oliegroeven variëren, inclusief rechthoekige, trapeziumvormige en boogvormige groeven. De structurele verschillen van de oliegroeven hebben verschillende effecten op de oliefilmkarakteristieken 12,13,14,15,16. Onder bepaalde omstandigheden kan de oliefilm gevormd door verschillende groefstructuren verschillende effecten hebben op de prestaties van de koppeling. De afmetingen van koppelingen die in verschillende mechanische apparaten worden gebruikt, zijn niet uniek; De prestaties van frictieplaten met dezelfde structuur kunnen dus aanzienlijk verschillen bij gebruik in koppelingen van verschillende afmetingen en bedrijfsomstandigheden. Daarom vereist het ontwerp van hydroviskeuze koppelingsfrictieplaten voor verschillende machines en verschillende operationele omstandigheden een kosten- en tijdbesparend ontwerp- en evaluatieschema.

De ontwerpbenadering voor Hydro-Viskeuze koppelingsfrictieplaten omvat verschillende aspecten, waaronder theoretische analyse, experimenteel onderzoek en numerieke simulaties, met de nadruk op hoe de drukvelden, temperatuurvelden en snelheidsvelden van de oliefilm de prestaties beïnvloeden 8,17,18,19,20,21 . Bovendien hebben tal van geleerden hun onderzoek gebaseerd op de microtextuur van het oppervlak van de wrijvingsplaat en de materialen die in de wrijvingsplaten worden gebruikt om de prestaties van de hydroviskeuze koppelingte verbeteren 22,23. Veel geleerden hebben de relatie bestudeerd tussen de cavitatie-eigenschappen van het roterende stromingsveld in hydroviskeuze koppelingen en de dwarsdoorsnedevorm van het oliereservoir. Ze hebben de initiatieposities van oliefilmafschuifcavitatie geanalyseerd onder verschillende structurele groefparameters, en hebben een theoretische basis en technische ondersteuning geboden voor het voorspellen van het begin van oliefilmafschuifcavitatie24,25. Onder deze methoden is numerieke simulatie een belangrijk onderzoeksinstrument geworden, en met de ontwikkeling van simulatiesoftware is het onderzoek geleidelijk verfijnder geworden. De Fluent-module wordt voornamelijk gebruikt om de impact van verschillende oliegroefstructuren op de prestaties van het stromingsveld te simuleren en te analyseren, met als specifiek doel de eigenschappen van de oliefilm te optimaliseren door middel van veranderingen in groefstructuren 26,27,28. De simulatieanalyses en experimentele resultaten die voor specifieke vereisten zijn verkregen, hebben echter consequent aan de verwachtingen voldaan, maar zijn niet gevalideerd voor hun toepasbaarheid op het ontwerp van wrijvingsplaten in hydroviskeuze koppelingen van verschillende afmetingen.

Deze studie combineert bestaande onderzoeksmethoden en maakt gebruik van Fluent-simulatiesoftware en RSM-responsoppervlaktemethodologie (RSM) parameteroptimalisatie om een ontwerpschema voor te stellen dat geschikt is voor oliegroefstructuren in wrijvingsplaten van verschillende afmetingen. Dit omvat het analyseren van de kenmerken van de oliefilm onder verschillende groefparameters met behulp van Fluent, het bespreken van de belangrijkste factoren die deze kenmerken aanzienlijk beïnvloeden, het berekenen van het koppel en de temperatuurveranderingen van de oliefilm gevormd door verschillende groefparameters en het statistisch optimaliseren van de structurele parameters van de wrijvingsplaat met behulp van de Box-Behnken-methode.

Deze studie demonstreert de optimalisatieanalyse van wrijvingsplaten met een samengestelde groefstructuur, die rechthoekige dwarsdoorsnedegroeven omvat in combinatie met radiale groeven met een boogvormige doorsnede. Het doel is om frictieplaten te ontwerpen die tegelijkertijd een hoge koppeloverdracht en een lage oliefilmtemperatuur kunnen bereiken. Toekomstige ontwerpen voor verschillende maten frictieplaten vereisen alleen wijzigingen in de initiële afmetingen van het model, met behoud van hetzelfde onderzoeksplan en dezelfde procedures.

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

Protocol

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

OPMERKING: De technische route van het ontwerpschema wordt weergegeven in figuur 1, die voornamelijk het opstellen van modellen, simulatieanalyse en parameteroptimalisatie omvat. Het opstellen van modellen omvat twee hoofdcategorieën: modellen die nodig zijn voor enkelvoudige factoranalyse en modellen die zijn afgeleid van het experimentele ontwerp dat wordt gegeven door de response surface methodology (RSM) na het bepalen van de beïnvloedende factoren. Het opstellen van het model wordt voltooid in SolidWorks, de simulatieanalyse wordt uitgevoerd in Fluent en de parameteroptimalisatie wordt uitgevoerd in Design-Expert.

1. Model vestiging

  1. Bepaal de basisafmetingen van het frictiekussen en stel de binnenradius van het frictiekussen in op 110 mm, de buitenradius op 160 mm en de dikte van de oliefilm op 0,3 mm.
  2. Stel een basismodel op door een cirkelvormige schets te maken met een binnendiameter van 110 mm en een buitendiameter van 160 mm op het XY-vlak en extrudeer de cirkel vervolgens tot 0,3 mm. Creëer een basismodel door ervoor te zorgen dat de resulterende ringvorm een oliefilmmodel vormt zonder oliegroeven.
  3. Maak aan één zijde van het ringvormige model schets 2 en teken 5 cirkelvormige vlakken met een gelijkmatige verdeling en een breedte van 3 mm, en extrudeer ze vervolgens tot 0,3 mm. Vorm de oliefilm met een rechthoekige doorsnede die wordt gecreëerd door de oliegroef in de omtrek.
  4. Maak schets 3 op het YZ-vlak, teken een halfronde boog met een booglengte van 3 mm, die raakt aan de oliefilm gevormd door de oliegroef in de omtrek, extrudeer deze vervolgens radiaal naar het buitenoppervlak van de oliefilm en rangschik de vaste stof langs de omtrek van de binnenste lus om 14 componenten te vormen.
  5. Maak schets 4 op het XY-vlak, teken een cirkel met een straal van 110 mm en snijd vervolgens het overtollige model weg met behulp van de schets en voltooi de oprichting van 14 radiale halfronde oliegroefoliefilms.
  6. Sla het gevestigde model op als het geometrische model van de oliefilm gevormd door de originele oliegroefparameters.
  7. Wijzig schets 2 om 3-7 gelijkmatig verdeelde oliegroeven te tekenen, elk met een breedte van 3 mm, en genereer vijf oliefilmmodellen die alleen verschillen in de oliegroeven in de omtrek. Sla deze modellen op in STEP-formaat.
  8. Wijzig schets 3 om de booglengte van de halfronde boog aan te passen tot 3-6 mm, waarbij de booglengte elke keer met 0,5 mm wordt vergroot, en genereer zeven oliefilmmodellen die alleen verschillen in de radiale halfcirkelvormige structuur. Sla deze modellen op in STEP-formaat.
  9. Wijzig schets 2 door de extrusiedikte aan te passen tot 0,1-0,4 mm, de dikte telkens met 0,05 mm te vergroten, en genereer zeven oliefilmmodellen die alleen verschillen in de diepte van de oliegroeven. Sla deze modellen op in STEP-formaat.
  10. Pas de hoeveelheid omtrekarray in schets 3 aan om het aantal radiale oliegroeven te wijzigen in 10-16 en genereer zeven oliefilmmodellen die alleen verschillen in het aantal radiale groeven. Sla deze modellen op in STEP-formaat.

2. Simulatie analyse

OPMERKING: De simulatieanalyse omvat modelvoorbewerking, mesh-partitionering en simulatieberekeningen. Alle stappen worden voltooid in ANSYS Workbench.

  1. Voorbewerking van modellen
    1. Open het Workbench-werkstation en sleep de geometrie uit de gereedschapskist > Componentsystemen > Geometrie naar het projectschemagebied.
    2. Klik met de rechtermuisknop op de geometrie, selecteer Geometriemodel importeren om het voltooide model te importeren en klik vervolgens om het geometriemodel te bewerken in Space Claim.
    3. Klik op de werkbalk Ruimte claimen op Repareren en selecteer vervolgens Extra randen en Gespleten randen om de reparatie te voltooien en de betreffende gesplitste lijnen samen te voegen.
    4. Klik achtereenvolgens op Werkbalk > Ontwerp > Selectie in Selectie, selecteer vervolgens het binnenoppervlak van het model en klik op NS maken in de groep en geef het de naam Inlaat.
    5. Klik met hetzelfde proces op het buitenoppervlak en noem het stopcontact; klik op het gladde onderwandoppervlak en noem de B als het muuroppervlak waar de oliefilm in contact komt met het passieve wrijvingskussen; selecteer alle naamloze oppervlakken en noem ze Z als het roterende wandoppervlak waar de oliefilm in contact komt met het actieve frictiekussen.
    6. Sluit Space Claim af en sla het bestand op om de voorverwerking van het model te voltooien.
      OPMERKING: Alle voorbewerking van het geometrische model vóór de simulatie is voltooid volgens de bovenstaande stappen. Het enige verschil is dat het actieve wandmodel inconsistent is, maar geen invloed heeft op de bewerkingen.
  2. Mesh verdeling
    1. Sleep in het Workbench-werkstation Fluent uit Toolbox > Componentsystemen > Fluent naar het projectschemagebied waar de geometrie is toegevoegd.
    2. Klik op Geometrie en sleep de muis naar de mesh in het Fluent-project om de Mesh-module te koppelen aan de upstream-gegevens van de geometrie.
    3. Dubbelklik om het net te openen en selecteer Waterdichte geometrie voor mesh-verdeling. Volg de werkstroom stap voor stap om het geometriemodel te importeren en lokale dimensionering toe te voegen.
    4. Klik op Oppervlaktenet genereren, stel de minimumgrootte in op 0,3 mm, de maximale grootte op 8 mm en de standaardhoek voor kromming op 10. Nadat u deze parameters hebt ingesteld, klikt u op Het oppervlaktenet genereren.
    5. Controleer de kwaliteit van het oppervlaktenet door met de rechtermuisknop op het gegenereerde oppervlaktenet te klikken en Verbeterde oppervlaktegaaskwaliteit invoegen te selecteren. Stel de minimale maaskwaliteit in op 0,7 en klik op OK om de verbetering van het oppervlaktenet te voltooien.
    6. Klik op Geometriemodel beschrijven en selecteer het geometriemodel als uitsluitend bestaande uit een vloeiend gebied zonder tussenruimten, waarbij de andere opties op de standaardinstellingen blijven staan.
    7. Klik achtereenvolgens op Geometriestructuur beschrijven en Instellingen voor regiotype bijwerken, waarbij u de standaardinstellingen behoudt en het proces voltooit.
    8. Klik op Grenslaag toevoegen en selecteer 3 voor het aantal lagen, terwijl de andere instellingen op de standaardinstellingen blijven staan.
    9. Klik op Volumemesh genereren en voeg een verbeterde volumemesh-kwaliteit in om ervoor te zorgen dat de kwaliteit hoger is dan 0,12.
      OPMERKING: De voltooide maasverdeling wordt weergegeven in aanvullende afbeelding 1.
    10. Nadat u de mesh hebt gegenereerd, klikt u op Overschakelen naar de Oplossermodus. Wacht tot de mesh-verdeling en importeer naar de analysemodule is voltooid.
      OPMERKING: De kwantiteit en kwaliteit van mesh-elementen zijn van cruciaal belang voor de nauwkeurigheid van de rekenresultaten. Waterdichte geometrie wordt gebruikt om het aantal en de kwaliteit van het gaas te regelen door de celgrootte te veranderen. Zoals weergegeven in afbeelding 2, neemt het aantal elementen toe van 534.595 naar 2,649.371, waardoor de gespecificeerde minimale maaselementgrootte wordt verkleind van 0.8 mm naar 0.1 mm. Naarmate het aantal elementen verandert, blijven de gemiddelde temperatuur van de oliefilm en het overgebrachte koppelresultaat stabiel, wat aangeeft dat een verdere toename van de maaskwaliteit een minimale invloed heeft op de resultaten. Daarom wordt voor het netwerk gekozen voor een minimale elementgrootte van 0,3 mm.
  3. Simulatie oplossen
    1. Schakel over van mesh-partitionering naar de oplossermodus. Zodra het net klaar is met laden, klikt u op Controleren in het menu Algemeen om de effectiviteit van het eindige-elementenmodel te valideren en te controleren of het net een negatief volume heeft.
    2. Open de energievergelijking in de modelinstellingen. Ga naar de interface voor viskeuze modelinstellingen, selecteer het laminaire model en schakel de optie Viskeuze verwarming in.
      OPMERKING: De keuze van het viskeuze model wordt bepaald door de stroomtoestand van het oliefilmstroomveld, doorgaans beoordeeld aan de hand van het Reynolds-getal. Wanneer het Reynoldsgetal laag is, blijven de vloeistofdeeltjes onaangetast, wat resulteert in laminaire stroming. Omgekeerd geeft een hoog Reynoldsgetal aan dat verstoringen tussen de vloeistoffen worden versterkt, waardoor laminaire stroming wordt omgezet in turbulente stroming. Op basis van de stromingstheorie rond de roterende schijf wordt het Reynoldsgetal geassocieerd met de tangentiële snelheid bij de buitenstraal berekend met behulp van de formule Re = R2ω/v. Waarbij Re het Reynoldsgetal is, R de buitendiameter van de frictieschijven, ω de rotatiesnelheid van de frictieplaat en v de kinematische viscositeit. Wanneer Re < 1 × 105, is de stroming laminair; wanneer 2 × 105 < Re < 3 × 105, is de stroming turbulent. Voor de vloeistof die in dit artikel wordt bestudeerd, met v = 30 mm2/s en R = 160 mm, kan het volgende worden afgeleid. Wanneer de rotatiesnelheid van de frictieplaat ω = 1000 tpm is, < het Reynoldsgetal van het oliefilmstroomveld Re 1 × 105, wat aangeeft dat de oliefilm zich in een laminaire stromingstoestand bevindt.
    3. Wijzig de materiaalparameters in de instellingen volgens de eigenschappen van de twee materialen die in tabel 1 worden vermeld. Wijzig de parameters van het vloeibare materiaal met de naam "Lucht" in het systeem en wijzig voor het vaste materiaal de parameters met de naam "Aluminium".
      OPMERKING: De vloeistof wordt geselecteerd als hydraulische olie #8 voor het oliefilmmateriaal en de vaste stof gebruikt materiaal op koperbasis voor het frictiekussenmateriaal.
    4. Klik op de randvoorwaarden, selecteer het actieve wrijvingskussenwandoppervlak met de naam "Z", klik op Momentuminstellingen en stel het in als een roterend wandoppervlak dat 100 rad/s rond de Y-as draait, met een afschuifvoorwaarde van No Slip.
    5. Klik op de randvoorwaarden, selecteer het wandoppervlak van het passieve wrijvingskussen met de naam "B", klik op Momentuminstellingen en stel het in als een stationair muuroppervlak met een afschuifconditie van No Slip.
    6. Stel de randvoorwaarden met betrekking tot energieoverdracht in via systeemkoppeling.
    7. Stel de randvoorwaarden voor de inlaat en uitlaat in door op de uitlaat te klikken en deze in te stellen op Drukuitlaat, met de overdruk ingesteld op 0, wat overeenkomt met de standaard atmosferische druk.
    8. Stel de randvoorwaarden van de inlaat in door op de inlaat te klikken en deze in te stellen als een Velocity Inlet met een stroomsnelheid van 1 m/s en een inlaattemperatuur van 30 °C.
    9. Klik op de instellingen voor oplossing en selecteer het SIMPLE-algoritme voor het oplossingsmethodemodel. Kies het First-Order Upwind-formaat voor de Momentum en Energy en houd de restwaarden op hun standaardinstellingen.
    10. Stel na het voltooien van de bovenstaande stappen de toestand van het rekendomein op het beginmoment in, bijvoorbeeld met een begintemperatuur van 26 °C, druk van 0 Pa en snelheden in de XYZ-richtingen ingesteld op 0.
    11. Stel het aantal iteratiesin op 300 stappen, klik op de knop Berekenen om de berekening te starten en wacht op de resultaten.
    12. Zodra de iteratieve berekeningen zijn voltooid, klikt u op Resultaten > Rapporten > Fluxen. Selecteer de massastroom in fluxen, controleer de massadebieten voor inlaat en uitlaat en zorg ervoor dat de fout tussen de twee minder dan 0.1% is om de nauwkeurigheid van de rekenresultaten te valideren.
    13. Voltooi de bovenstaande stappen en analyseer vervolgens de resultaten van de simulatie. Klik op Resultaten > Rapporten > krachten, selecteer het koppel rond de Y-as voor het wandoppervlak B en interpreteer de resulterende viskeuze waarde als het afschuifkoppel dat door de oliefilm wordt overgebracht.
    14. Sluit de module voor het berekenen van de vloeistofstroom af en sleep in het Workbench-werkstation Resultaten uit de gereedschapskist > componentsystemen > resultaten naar het projectschemagebied waarmee de berekeningen van de vloeistofstroomsimulatie zijn voltooid. Klik op de oplossing in de vloeistofstroommodule en sleep met de muis naar de resultaten.
    15. Voer de resultaten in, klik op Rekenmachines en selecteer Functiecalculator om de gemiddelde temperatuur van de gehele oliefilm op te lossen. Klik op Berekenen om de totale gemiddelde temperatuur van de oliefilm te verkrijgen.

3. Parameter optimalisatie

OPMERKING: De parameteroptimalisatie wordt voltooid met behulp van de methodologie voor het responsoppervlak voor modellering en analyse. De methodologie van het responsoppervlak vereist het selecteren van drie factoren die het overgedragen koppel en de temperatuur van de oliefilm aanzienlijk beïnvloeden, waarbij hun hoge en lage waarden worden gespecificeerd. Vervolgens worden modellering en analyse uitgevoerd voor de nieuwe combinaties die worden gegenereerd op basis van de geselecteerde beïnvloedende factoren en variabelen, gevolgd door optimalisatieberekeningen met behulp van de verkregen gegevens.

  1. Klik in de Design-Expert-software op NIEUW ONTWERP om een nieuw ontwerp te maken.
  2. Selecteer in het nieuwe ontwerp BOX-Behnken van Response Surface om een optimalisatiemodel met drie factoren en twee niveaus op te zetten.
  3. Klik op Numerieke factoren om drie factoren te selecteren: het aantal radiale oliegroeven in het frictieblok, de diepte van de groeven en de booglengte van de oliegroeven en vul de bijbehorende tabel in.
  4. Voer de waarden op hoog en laag niveau in die zijn verkregen uit de analyse van de drie beïnvloedende factoren in de bijbehorende tabel.
  5. Stel de middelpunten per blok in op vijf en klik vervolgens op de volgende stap om de responsvariabelen te wijzigen in 2, dit zijn het koppel dat door de oliefilm wordt overgedragen en de gemiddelde temperatuur van de oliefilm. Klik op Voltooien om 17 sets willekeurige voorbeeldpunten te genereren.
  6. Stel de modelgegevens vast door de drie beïnvloedende factoren van de 17 sets willekeurige steekproefpunten opnieuw te combineren en herhaal sectie 1 om het modelstel te voltooien.
  7. Herhaal sectie 2 voor simulatieanalyse om het overgebrachte koppel en de gemiddelde temperatuur van de oliefilm na recombinatie te verkrijgen. Voeg de voorspelde variabelen A, B en C van de drie invloedscombinaties samen met de gesimuleerde resultaten van het overgedragen koppel en de gemiddelde temperatuur om een nieuwe variabele tabel te vormen.
  8. Selecteer vervolgens Kwadratisch voor de procesvolgorde in het model en kies Polynoom voor het modeltype, waarbij u de andere instellingen op de standaardstand houdt.
  9. Bereken na het opstellen van het responsoppervlakmodel zowel het koppel als de gemiddelde temperatuur.
  10. Nadat de analyse is voltooid, voert u een foutenanalyse van het model uit. Klik op Analysis of Variance (ANOVA) en analyseer de waarden van R² en Adeq Precision in Fit Statistics om te controleren of het model aan de normen voldoet.
  11. Klik op Optimalisatie > Numerieke > Criteria, waarbij de bereiken voor de drie beïnvloedende factoren ongewijzigd blijven. Klik op Oplossingen om het maximale koppel en de minimale gemiddelde temperatuur voor de geschatte waarden te vinden.
  12. Bereken de verschillende resultaten voor de arrays, waarbij de combinatie met het label 1 de optimale oplossing voor het model is.

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

Results

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

De modellerings- en simulatieanalysestappen in het schema zijn bedoeld om te bepalen welke parameters van de wrijvingsplaatgroeven een aanzienlijke invloed hebben op de temperatuur van de oliefilm en het overgedragen koppel. Door parameteroptimalisatie van bemonsterde gegevens worden de combinaties van parameters die van invloed zijn op de prestaties van de oliefilm aangepast, gevolgd door herhaalde modellering en simulaties om gegevens te genereren, waardoor uiteindelijk de optimale par...

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

Discussion

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

Deze studie stelt een optimalisatieontwerpmethode voor voor de oliegroefstructuur van de Hydro-Viskeuze Koppelingsfrictieplaten. Het is met name bedoeld om de prestaties van oliefilms te verbeteren door parameters zoals het aantal, de rangschikking en de geometrische afmetingen van de groeven10 te wijzigen. Een combinatie van numerieke simulaties met behulp van Fluent-software en Response Surface Methodology (RSM) wordt gebruikt om parameters zoals het aantal radi...

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

Disclosures

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

De auteurs verklaren dat zij geen tegenstrijdige financiële belangen of andere belangenconflicten hebben.

Acknowledgements

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

Dit werk werd ondersteund door de Research Foundation of Education Bureau van de provincie Hunan in China (23A0620), het Natural Science Foundation Project Regional Joint Fund van de provincie Hunan in China (2025JJ70310), het Postgraduate Practice Innovation Program van de Jiangsu University of Technology (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
AldaryN/AN/ALegering materiaal
Ansys-WorkbenchANSYSANSYS 2023R1Multifunctionele eindige-elementenmethode computerontwerpprogramma software.
Design-ExpertStat-EaseDesign-Expert 13Een experimenteel gegevensanalysetool 
No.8 hydraulische olieN/AN/AVloeistof
PC N/AN/AComputerapparatuur
SOLIDWORKSDassault Systemessolidworks 2023Een technische softwaretekentool
StaalN/AN/ALegering materiaal

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