Research Article

Hidro-Viskoz Kavramaların Sürtünme Plakaları için Parametrik Optimizasyon Tasarım Yöntemi

DOI:

10.3791/68328

⸱

July 22nd, 2025

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

In This Article

Summary

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

Bu çalışma, hidro-viskoz kavramaların sürtünme plakaları için optimizasyon tasarım yöntemini sistematik olarak keşfetmek için sayısal analiz yazılımını tepki yüzeyi metodolojisi (RSM) ile birleştirmektedir.

Abstract

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

Hidro-viskoz kavrama (HVC), sürtünme plakaları arasındaki yağ filminin kesme kuvveti yoluyla gücü iletmek için çalışma ortamı olarak viskoz sıvıyı kullanarak sıvı viskoz iletim teorisine dayalı olarak çalışır. Sürtünme plakaları üzerindeki oluk yapısı, tork iletim kapasitesini ve yağ filminin kayma kaynaklı sıcaklığındaki artışı doğrudan etkiler. Bu nedenle, verimli tork iletimini ve düşük sıcaklık artışını dengeleyen sürtünme plakası yapılarının tasarlanması büyük önem taşımaktadır. Bu sorunu ele almak için bu çalışma, oluk yapısının yağ filmi özellikleri üzerindeki etkisini analiz eder ve etkileyen temel faktörleri tanımlar. Daha sonra, farklı oluk yapıları altında yağ filminin tork ve sıcaklık artışını hesaplamak için simülasyon yazılımı kullanıldı. Sürtünme plakalarının yapısal parametreleri daha sonra yanıt yüzeyi metodolojisinin (RSM) Box-Behnken tasarımı kullanılarak optimize edildi. Sonuçlar, 0,214 mm oluk derinliğine, 5 mm yay uzunluğuna, 16 radyal yay şeklinde oluğa ve 5 çevresel oluğa sahip optimize edilmiş sürtünme plakası tasarımının, yüksek tork iletimi sağlarken yağ filmi sıcaklığını önemli ölçüde azaltabildiğini göstermektedir. Bu tasarım yaklaşımı, çeşitli boyutlardaki hidro-viskoz kavramalarda optimize edilmiş sürtünme çiftlerinin tasarımı için bir referans sağlar.

Introduction

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

Sosyal üretkenliğin hızla gelişmesiyle birlikte, inşaat ve üretim süreçlerinde artan sayıda büyük ağır yük makinesi kullanılmaktadır. Bu makineler, düşük enerji tüketimini göz önünde bulundurarak yüksek güçlü dinamik hız düzenlemesi gerektirir.

Son yıllarda, ağır makinelerde, özellikle Hidro-Viskoz Debriyaj olmak üzere yeni bir tür hız kontrol cihazı önerilmiş ve kullanılmıştır. Bu cihaz, hem sıvı kesme şanzımanını hem de mekanik sürtünme şanzımanını içeren mekanik, elektronik kontrol ve hidrolik teknolojileri entegre eder. Enerji tasarruflu özellikleri, giderek daha yaygın uygulamalara yol açmıştır 1,2,3.

Hidro-Viskoz Kavramanın çalışma prensibi, güç aktarımı ve düzgün hız regülasyonu elde etmek için yağ filminin kesilmesiyle üretilen torku kullanarak Newton'un iç sürtünme yasasına dayanmaktadır. Bu nedenle, Hidro-Viskoz Debriyaj, kararlı güç iletimi ve kontrol 4,5 gerçekleştirebilir. Yağ filmini etkileyen temel faktörler, sürtünme plakasının yüzey yapısıdır. Hidro-Viskoz Debriyaj sürtünme plakalarının yüzeyi pürüzsüz değildir, ancak çeşitli formlarda oluklar içerir. Bu olukların varlığı, dinamik bir basınçlı yağ filminin oluşumunu ve iyi bir ısı dağılımı performansı sağlar; Bununla birlikte, yivli sürtünme plakaları tarafından oluşturulan yağ filmi, teorik viskoz kesme torkunu etkiler. Ek olarak, oluk yapısı sadece şekillendirilmiş yağ filminin homojenliğini etkilemekle kalmaz, aynı zamanda yağ filmi makası tarafından üretilen sıcaklıkla da ilgilidir ve ardından sürtünme plakasının soğutma etkisini etkiler. Aşırı sıcaklık, sürtünme plakalarının bükülmesine ve deformasyonuna neden olarak kalıcı arızaya yol açabilir6. Bu nedenle, Hidro-Viskoz Kavramanın yapısal tasarımı öncelikle sürtünme plakalarının tasarımına odaklanır ve temel zorluk aşağıdaki parametreleri optimize etmektir: iletilen tork, yağ filmi yük kapasitesi, yağ filmi homojenliği, yağ filmi sıcaklığı, sürtünme plakası sıcaklığı ve sürtünme plakası mukavemeti 7,8.

Hidro-Viskoz Debriyaj sürtünme plakaları için yağ oluğu yapısının tasarımı esas olarak çevresel oluklar, radyal oluklar ve yay şeklindeki oluklar 9,10,11 gibi çeşitli düzenlemeleri içerir. Önceki araştırmalar, düzenleme formlarındaki farklılıklara ek olarak, dikdörtgen, trapez ve yay şeklindeki oluklar dahil olmak üzere yağ oluklarının enine kesit tasarımlarının da değiştiğini göstermektedir. Yağ oluklarının yapısal farklılıkları, yağ filmi özellikleri 12,13,14,15,16 üzerinde çeşitli etkilere sahiptir. Belirli koşullar altında, farklı oluk yapıları tarafından oluşturulan yağ filmi, debriyajın performansı üzerinde çeşitli etkilere sahip olabilir. Farklı mekanik cihazlarda kullanılan kavramaların boyutları benzersiz değildir; Bu nedenle, aynı yapıya sahip sürtünme plakalarının performansı, farklı boyut ve çalışma koşullarındaki kavramalarda kullanıldığında önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Bu nedenle, çeşitli makineler ve farklı çalışma koşulları için Hidro-Viskoz Kavrama sürtünme plakalarının tasarımı, maliyet ve zaman açısından verimli bir tasarım ve değerlendirme şeması gerektirir.

Hidro-Viskoz Debriyaj sürtünme plakaları için tasarım yaklaşımı, yağ filminin basınç alanlarının, sıcaklık alanlarının ve hız alanlarının performansı nasıl etkilediğine odaklanan teorik analiz, deneysel araştırma ve sayısal simülasyonlar dahil olmak üzere çeşitli yönleri kapsar 8,17,18,19,20,21 . Ek olarak, çok sayıda bilim adamı, Hidro-Viskoz Debriyaj22,23'ün performansını iyileştirmek için araştırmalarını sürtünme plakası yüzeyinin mikro dokusu ve sürtünme plakalarında kullanılan malzemeler üzerine kurmuştur. Birçok bilim adamı, hidro-viskoz kavramalarda dönen akış alanının kavitasyon özellikleri ile petrol rezervuarının kesit şekli arasındaki ilişkiyi incelemiştir. Farklı oluk yapısal parametreleri altında yağ filmi kesme kavitasyonunun başlangıç konumlarını analiz ederek, yağ filmi kesme kavitasyonununbaşlangıcını tahmin etmek için teorik bir temel ve teknik destek sağladılar 24,25. Bu yöntemler arasında sayısal simülasyon önemli bir araştırma aracı haline geldi ve simülasyon yazılımının gelişmesiyle birlikte araştırma giderek daha rafine hale geldi. Fluent modülü, öncelikle farklı yağ oluk yapılarının akış alanı performansı üzerindeki etkisini simüle etmek ve analiz etmek için kullanılır ve oluk yapılarındaki değişiklikler yoluyla yağ filmi özelliklerini optimize etmek özel bir hedefle 26,27,28 kullanılır. Bununla birlikte, belirli gereksinimler için elde edilen simülasyon analizleri ve deneysel sonuçlar tutarlı bir şekilde beklentileri karşılamıştır, ancak farklı boyutlardaki Hidro-Viskoz Kavramalarda sürtünme plakası tasarımına uygulanabilirlikleri açısından doğrulanmamıştır.

Mevcut araştırma yöntemlerini birleştiren bu çalışma, çeşitli boyutlardaki sürtünme plakalarındaki yağ oluğu yapılarına uygun bir tasarım şeması önermek için Fluent simülasyon yazılımından ve RSM yanıt yüzeyi metodolojisi (RSM) parametre optimizasyonundan yararlanmaktadır. Bu, Fluent kullanılarak farklı oluk parametreleri altında yağ filminin özelliklerinin analiz edilmesini, bu özellikleri önemli ölçüde etkileyen temel faktörlerin tartışılmasını, farklı oluk parametreleri tarafından oluşturulan yağ filminin tork ve sıcaklık değişikliklerinin hesaplanmasını ve Box-Behnken yöntemini kullanarak sürtünme plakası yapısal parametrelerinin istatistiksel olarak optimize edilmesini içerir.

Bu çalışma, yay şeklindeki enine kesitli radyal oluklarla birleştirilmiş dikdörtgen kesitli çevresel olukları içeren kompozit bir oluk yapısına sahip sürtünme plakalarının optimizasyon analizini göstermektedir. Amaç, aynı anda yüksek tork iletimi ve düşük yağ filmi sıcaklığı elde edebilen sürtünme plakaları tasarlamaktır. Farklı boyutlardaki sürtünme plakaları için gelecekteki tasarımlar, aynı araştırma planı ve prosedürlerini sürdürürken yalnızca modelin başlangıç boyutlarında değişiklik yapılmasını gerektirecektir.

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

Protocol

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

NOT: Tasarım şemasının teknik rotası, esas olarak model oluşturma, simülasyon analizi ve parametre optimizasyonunu içeren Şekil 1'de gösterilmektedir. Model oluşturma iki ana kategoriden oluşur: tek faktörlü analiz için gerekli modeller ve etkileyen faktörler belirlendikten sonra yanıt yüzeyi metodolojisi (RSM) tarafından verilen deneysel tasarımdan türetilen modeller. Model kurulumu SolidWorks'te tamamlanır, simülasyon analizi Fluent'te gerçekleştirilir ve parametre optimizasyonu Design-Expert'te gerçekleştirilir.

1. Model oluşturma

  1. Sürtünme pedinin temel boyutlarını belirleyin ve sürtünme pedinin iç yarıçapını 110 mm, dış yarıçapı 160 mm ve yağ filmi kalınlığını 0,3 mm olarak ayarlayın.
  2. XY düzleminde iç çapı 110 mm ve dış çapı 160 mm olan dairesel bir çizim oluşturarak temel bir model oluşturun ve ardından daireyi 0,3 mm'ye kadar sıkın. Elde edilen halka şeklindeki şeklin yağ olukları olmayan bir yağ filmi modeli oluşturmasını sağlayarak temel bir model oluşturun.
  3. Dairesel modelin bir yan yüzeyinde, çizim 2'yi oluşturun ve düzgün dağılımlı ve 3 mm genişliğinde 5 dairesel yüz çizin, ardından bunları 0,3 mm'ye kadar sıkın. Yağ filmini, çevresel yağ oluğu tarafından oluşturulan dikdörtgen bir enine kesit ile oluşturun.
  4. Çevresel yağ oluğu tarafından oluşturulan yağ filmine teğet olan 3 mm'lik bir yay uzunluğuna sahip yarım daire biçimli bir yay çizerek YZ düzleminde çizim 3'ü oluşturun, ardından yağ filminin dış yüzeyine radyal olarak ekstrüde edin ve 14 bileşen oluşturmak için katıyı iç döngünün çevresi boyunca dizin.
  5. XY düzleminde çizim 4 oluşturun, yarıçapı 110 mm olan bir daire çizin, ardından çizimi kullanarak fazla modeli kesin ve 14 radyal yarım daire biçimli yağ oluğu yağ filminin kurulumunu tamamlayın.
  6. Kurulan modeli, orijinal yağ oluğu parametreleri tarafından oluşturulan yağ filminin geometrik modeli olarak kaydedin.
  7. Her biri 2 mm genişliğe sahip, eşit olarak dağıtılmış 3-7 çevresel yağ oluğu çizmek için çizim 3'yi değiştirin ve yalnızca çevresel yağ oluklarında farklılık gösteren beş yağ filmi modeli oluşturun. Bu modelleri STEP formatında kaydedin.
  8. Yarım daire biçimli yayın yay uzunluğunu 3-6 mm'ye ayarlamak için çizim 3'ü değiştirin, yay uzunluğunu her seferinde 0.5 mm artırın ve yalnızca radyal yarım daire biçimli yapıda farklılık gösteren yedi yağlı film modeli oluşturun. Bu modelleri STEP formatında kaydedin.
  9. Ekstrüzyon kalınlığını 0,1-0,4 mm'ye ayarlayarak, kalınlığı her seferinde 0,05 mm artırarak çizim 2'yi değiştirin ve yalnızca yağ oluklarının derinliğinde farklılık gösteren yedi yağ filmi modeli oluşturun. Bu modelleri STEP formatında kaydedin.
  10. Radyal yağ oluklarının sayısını 10-16 olarak değiştirmek için çizim 3'teki çevresel dizi miktarını ayarlayın ve yalnızca radyal oluk sayısında farklılık gösteren yedi yağ filmi modeli oluşturun. Bu modelleri STEP formatında kaydedin.

2. Simülasyon analizi

NOT: Simülasyon analizi, model ön işleme, ağ bölümleme ve simülasyon hesaplamalarını içerir. Tüm adımlar ANSYS Workbench'te tamamlanır.

  1. Model ön işleme
    1. Workbench iş istasyonunu açın ve geometriyi Toolbox > Component Systems > Geometry'den proje şematik alanına sürükleyin.
    2. Geometri'ye sağ tıklayın, tamamlanan modeli içe aktarmak için Geometri Modelini İçe Aktar'ı seçin ve ardından Alan Talebi'nde geometri modelini düzenlemek için tıklayın.
    3. Alan Talebi araç çubuğunda, Onar'a tıklayın, ardından onarımı tamamlamak için Ek Kenarlar ve Bölünmüş Kenarlar'ı seçin ve etkilenen bölünmüş çizgileri birleştirin.
    4. Seçimde Araç Çubuğu > Tasarım > Seçimi'ne sırayla tıklayın, ardından modelin iç yüzeyini seçin ve grupta NS Oluştur'a tıklayın ve Giriş olarak adlandırın.
    5. Aynı işlemi kullanarak, dış yüzeye tıklayın ve Çıkışını adlandırın; pürüzsüz alt duvar yüzeyine tıklayın ve B'sini yağ filminin pasif sürtünme pedine temas ettiği duvar yüzeyi olarak adlandırın; tüm isimsiz yüzeyleri seçin ve bunları yağ filminin aktif sürtünme pedine temas ettiği dönen duvar yüzeyi olarak Z olarak adlandırın.
    6. Space Claim'den çıkın ve modelin ön işlemesini tamamlamak için dosyayı kaydedin.
      NOT: Geometrik modelin simülasyon öncesi tüm ön işlemleri yukarıdaki adımlara göre tamamlanır. Tek fark, aktif duvar modelinin tutarsız olmasıdır, ancak herhangi bir işlemi etkilemez.
  2. Mesh bölümleme
    1. Workbench iş istasyonunda, Fluent'ı Toolbox > Component Systems > Fluent'tan geometrinin eklendiği proje şematik alanına sürükleyin.
    2. Geometri'ye tıklayın ve Mesh Modülünü geometrinin Yukarı Akış Verilerine bağlamak için fareyi Fluent projesindeki mesh'e sürükleyin.
    3. Ağı açmak için çift tıklayın ve ağ bölümleme için Su Geçirmez Geometri'yi seçin. Geometri modelini içe aktarmak ve Yerel Boyutlandırma eklemek için iş akışını adım adım izleyin.
    4. Yüzey Ağı Oluştur'a tıklayın, Minimum Boyut'u 0,3 mm, maksimum boyutu 8 mm ve Eğrilik Norm Açısı'nı 10 olarak ayarlayın. Bu parametreleri ayarladıktan sonra, Yüzey Ağını Oluştur'a tıklayın.
    5. Oluşturulan yüzey ağına sağ tıklayarak ve Geliştirilmiş Yüzey Ağı Kalitesi Ekle'yi seçerek yüzey ağ kalitesini kontrol edin. Minimum Ağ Kalitesi'ni 0,7 olarak ayarlayın ve yüzey örgüsünün iyileştirilmesini tamamlamak için Tamam'a tıklayın.
    6. Geometri Modelini Tanımla'ya tıklayın, geometri modelini yalnızca boşluksuz bir akışkan bölgeden oluşuyor olarak seçin ve diğer seçenekleri varsayılan ayarlarında tutun.
    7. Sırayla Geometri Yapısını Tanımla ve Bölge Türü Ayarlarını Güncelle'ye tıklayın, varsayılan ayarları koruyun ve işlemi tamamlayın.
    8. Sınır Katmanı Ekle'yi tıklatın, katman sayısı için 3'ü seçin ve diğer ayarları varsayılan değerlerinde tutun.
    9. Birim Ağı Oluştur'a tıklayın ve kalitesinin 0,12'yi aştığından emin olmak için İyileştirilmiş Birim Ağı Kalitesi ekleyin.
      NOT: Tamamlanan ağ bölümlemesi Ek Şekil 1'de gösterilmiştir.
    10. Ağı oluşturduktan sonra, Çözücü Moduna Geç'e tıklayın. Ağ bölümleme ve analiz modülüne aktarma işleminin tamamlanmasını bekleyin.
      NOT: Ağ elemanlarının miktarı ve kalitesi, hesaplama sonuçlarının doğruluğu için kritik öneme sahiptir. Su geçirmez geometri, hücre boyutunu değiştirerek ağın sayısını ve kalitesini kontrol etmek için kullanılır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, belirtilen minimum ağ elemanı boyutunun 0,8 mm'den 0,1 mm'ye düşürülmesi, eleman sayısını 534.595'ten 2.649.371'e çıkarır. Eleman sayısı değiştikçe, yağ filminin ortalama sıcaklığı ve iletilen tork sonucu sabit kalır, bu da ağ kalitesindeki daha fazla artışın sonuçlar üzerinde minimum etkiye sahip olduğunu gösterir. Bu nedenle, ağ oluşturma için minimum 0,3 mm'lik bir eleman boyutu seçilir.
  3. Simülasyon çözme
    1. Mesh Bölümleme'den Çözücü Modu'na geçin. Ağın yüklenmesi bittiğinde, sonlu eleman modelinin etkinliğini doğrulamak ve ağın herhangi bir negatif hacme sahip olup olmadığını kontrol etmek için Genel menüsündeki Durumu Kontrol Et'e tıklayın.
    2. Model ayarlarında Enerji Denklemi'ni açın. Viskoz model ayarları arayüzüne girin, Laminer Modeli seçin ve Viskoz Isıtma seçeneğini etkinleştirin.
      NOT: Viskoz model seçimi, tipik olarak Reynolds sayısı kullanılarak değerlendirilen yağ filmi akış alanının akış durumu ile belirlenir. Reynolds sayısı düşük olduğunda, sıvı parçacıkları etkilenmez ve bu da laminer akışa neden olur. Tersine, yüksek bir Reynolds sayısı, sıvılar arasındaki bozulmaların arttığını ve laminer akışı türbülanslı akışa dönüştürdüğünü gösterir. Dönen diskin etrafındaki akış teorisine dayanarak, dış yarıçaptaki teğetsel hız ile ilişkili Reynolds sayısı, Re = R2ω / v formülü kullanılarak hesaplanır. Re, Reynolds sayısı olduğunda, R sürtünme disklerinin dış çapıdır, ω sürtünme plakasının dönme hızıdır ve v kinematik viskozitedir. Re < 1 × 105 olduğunda, akış laminerdir; 2 × 105 < Re < 3 × 105 olduğunda, akış türbülanslıdır. Bu yazıda incelenen sıvı için v = 30 mm2/s ve R = 160 mm ile aşağıdakiler türetilebilir. Sürtünme plakasının dönme hızı ω = 1000 rpm olduğunda, yağ filmi akış alanı Re'nin Reynolds sayısı Re 1 × 105'<, bu da yağ filminin laminer akış durumunda olduğunu gösterir.
    3. Ayarlardaki malzeme parametrelerini, Tablo 1'de listelenen iki malzemenin özelliklerine göre değiştirin. Sistemde bulunan "Hava" adlı sıvı malzeme parametrelerini, katı malzeme için ise "Alüminyum" olarak adlandırılan parametreleri değiştiriniz.
      NOT: Sıvı, yağ filmi malzemesi için hidrolik yağ #8 olarak seçilecek ve katı, sürtünme pedi malzemesi için bakır bazlı malzeme kullanacaktır.
    4. Sınır Koşulları'na tıklayın, "Z" adlı aktif sürtünme pedi duvar yüzeyini seçin, Momentum Ayarları'na tıklayın ve bunu, Kayma Yok kesme koşulu ile Y ekseni etrafında 100 rad/s dönen dönen bir duvar yüzeyi olarak ayarlayın.
    5. Sınır Koşulları'na tıklayın, "B" adlı pasif sürtünme pedi duvar yüzeyini seçin, Momentum Ayarları'na tıklayın ve kayma koşulu Kaymaz olan sabit bir duvar yüzeyi olarak ayarlayın.
    6. Sistem Bağlantısı ile enerji transferi ile ilgili sınır koşullarını ayarlayın.
    7. Çıkışa tıklayarak ve standart atmosfer basıncına karşılık gelen Gösterge Basıncı 0'a ayarlanmış olarak Basınç Çıkışı olarak ayarlayarak giriş ve çıkış sınır koşullarını ayarlayın.
    8. Girişe tıklayarak, 1 m/s akış hızına ve 30 °C giriş sıcaklığına sahip bir Hız Girişi olarak ayarlayarak giriş sınır koşullarını ayarlayın.
    9. Çözüm yöntemi modeli için BASİT algoritmayı seçerek Çözüm ayarlarına tıklayın. Momentum ve Enerji için Birinci Dereceden Rüzgar Yukarı biçimini seçin ve kalan değerleri varsayılan ayarlarında tutun.
    10. Yukarıdaki adımları tamamladıktan sonra, örneğin 26 °C'lik bir başlangıç sıcaklığı, 0 Pa'lık bir basınç ve XYZ yönlerindeki hızlar 0'a ayarlanmış olarak, hesaplama alanının durumunu ilk anda ayarlayın.
    11. Yineleme Sayısı'nı300 adım olarak ayarlayın, hesaplamayı başlatmak için Hesapla düğmesine tıklayın ve sonuçları bekleyin.
    12. Yinelemeli hesaplamalar tamamlandıktan sonra, Sonuçlar > Raporlar > Akılar'ı tıklatın. Akılarda Kütle Akış Hızını seçin, Giriş ve Çıkış için kütle akış hızlarını kontrol edin ve hesaplama sonuçlarının doğruluğunu doğrulamak için ikisi arasındaki hatanın %0,1'den az olduğundan emin olun.
    13. Yukarıdaki adımları tamamlayın ve ardından simülasyonun sonuçlarını analiz edin. Sonuçlar > Raporlar > Kuvvetleri'ne tıklayın, duvar yüzeyi B için Y ekseni etrafındaki torku seçin ve elde edilen viskoz değeri yağ filmi tarafından iletilen kesme torku olarak yorumlayın.
    14. Akışkan akışı hesaplama modülünden çıkın ve Workbench iş istasyonunda, Toolbox > Bileşen Sistemleri'nden Sonuçlar > Sonuçları'nı akışkan akışı simülasyonu hesaplamalarını tamamlayan proje şematik alanına sürükleyin. Akışkan akışı modülündeki çözüme tıklayın ve fareyi sonuçlara sürükleyin.
    15. Sonuçları girin, Hesap Makineleri'ne tıklayın ve tüm yağ filminin Ortalama Sıcaklığını çözmek için İşlev Hesaplayıcı'yı seçin. Yağ filminin genel ortalama sıcaklığını elde etmek için Hesapla'ya tıklayın.

3. Parametre optimizasyonu

NOT: Parametre optimizasyonu, modelleme ve analiz için yanıt yüzeyi metodolojisi kullanılarak tamamlanır. Tepki yüzeyi metodolojisi, yağ filminin aktarılan torkunu ve sıcaklığını önemli ölçüde etkileyen üç faktörün seçilmesini ve bunların yüksek ve düşük seviye değerlerinin belirtilmesini gerektirir. Daha sonra, seçilen etkileyen faktörlerden ve değişkenlerden oluşturulan yeni kombinasyonlar için modelleme ve analiz yapılır, ardından elde edilen veriler kullanılarak optimizasyon hesaplamaları yapılır.

  1. Design-Expert yazılımında, yeni bir tasarım oluşturmak için YENİ TASARIM'a tıklayın.
  2. Yeni tasarımda, üç faktörlü, iki seviyeli bir optimizasyon modeli oluşturmak için Yanıt Yüzeyi'nden BOX-Behnken'i seçin.
  3. Üç faktör seçmek için Sayısal Faktörler'e tıklayın: sürtünme balatasındaki radyal yağ oluklarının sayısı, olukların derinliği ve yağ oluklarının yay uzunluğu ve ilgili tabloyu doldurun.
  4. Etkileyen üç faktörün analizinden elde edilen Yüksek ve Düşük seviye değerlerini ilgili tabloya girin.
  5. Blok başına Merkez noktalarını beşe ayarlayın, ardından yağ filmi tarafından iletilen tork ve yağ filminin ortalama sıcaklığı olan Yanıt Değişkenlerini 2 olarak değiştirmek için bir sonraki adıma tıklayın. 17 set rastgele örnek noktası oluşturmak için Son'a tıklayın.
  6. 17 rastgele örnek noktası kümesinden etkileyen üç faktörü yeniden birleştirerek model verilerini oluşturun ve model kurulumunu tamamlamak için bölüm 1'i tekrarlayın.
  7. Rekombinasyondan sonra yağ filminin iletilen torkunu ve ortalama sıcaklığını elde etmek için simülasyon analizi için bölüm 2'yi tekrarlayın. Yeni bir değişken tablo oluşturmak için üç etki kombinasyonunun tahmin edilen A, B ve C değişkenlerini, iletilen torkun ve ortalama sıcaklığın simüle edilmiş sonuçlarıyla birleştirin.
  8. Ardından, modeldeki İşlem Sırası için İkinci Dereceden'i seçin ve Model Türü için Polinom'u seçerek diğer ayarları varsayılan olarak koruyun.
  9. Tepki yüzeyi modelinin kurulumunu tamamladıktan sonra, hem torku hem de ortalama sıcaklığı hesaplayın.
  10. Analiz tamamlandıktan sonra, modelin hata analizini gerçekleştirin. Varyans Analizi'ne (ANOVA) tıklayın ve modelin standartları karşılayıp karşılamadığını doğrulamak için Uyum İstatistiklerinde R² ve Adeq Hassasiyet değerlerini analiz edin.
  11. Optimizasyon > Sayısal > Kriterleri'ne tıklayın ve etkileyen üç faktörün aralıklarını değiştirmeden tutun. Yaklaşık değerler için maksimum torku ve minimum ortalama sıcaklığı bulmak için Çözümler'e tıklayın.
  12. Diziler için farklı sonuçları, model için en uygun çözüm olan 1 etiketli kombinasyonla hesaplayın.

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

Results

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

Şemadaki modelleme ve simülasyon analizi adımları, sürtünme plakası oluklarının hangi parametrelerinin yağ filmi sıcaklığını ve iletilen torku önemli ölçüde etkilediğini belirlemeyi amaçlamaktadır. Örneklenen verilerin parametre optimizasyonu yoluyla, yağ filmi performansını etkileyen parametrelerin kombinasyonları ayarlanır, ardından veri oluşturmak için tekrarlanan modelleme ve simülasyonlar yapılır ve sonuçta tepki yüzeyi optimizasyonu yoluyla sürtünme plakası olukları için en uygun parametreler elde edilir.

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

Discussion

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

Bu çalışma, Hidro-Viskoz Kavrama sürtünme plakalarının yağ oluğu yapısı için bir optimizasyon tasarım yöntemi önermektedir. Özellikle, olukların10 sayısı, düzeni ve geometrik boyutları gibi parametreleri değiştirerek yağ filmi performansını iyileştirmeyi amaçlar. Radyal oluk sayısı, oluk derinliği ve radyal olukların yay uzunluğu gibi parametreleri analiz etmek ve optimize etmek için Fluent yazılımı ve Tepki Yüzeyi Metodolojisi (RSM) kullanan sayısal simülasyonlar...

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

Disclosures

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

Yazarlar, çatışan finansal çıkarları veya diğer çıkar çatışmaları olmadığını beyan ederler.

Acknowledgements

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

Bu çalışma, Çin'in Hunan Eyaleti Eğitim Bürosu Araştırma Vakfı (23A0620), Çin'in Hunan Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı Projesi Bölgesel Ortak Fonu (2025JJ70310), Jiangsu Teknoloji Üniversitesi (XSJCX24_44) Lisansüstü Uygulama İnovasyon Programı tarafından desteklenmiştir.

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AldaryYOKYOKAlaşım malzemesi
Ansys-TezgahANSYSANSYS 2023R1Çok amaçlı sonlu elemanlar yöntemi bilgisayar tasarım programı yazılımı.
Tasarım Uzmanıİstatistik KolaylığıTasarım Uzmanı 13Deneysel bir veri analiz aracı 
8 numaralı hidrolik yağıYOKYOKSıvı
PC YOKYOKBilgisayar ekipmanı
SOLIDWORKSDassault SystèmesSolidworks 2023Bir mühendislik yazılımı çizim aracı
ÇelikYOKYOKAlaşım malzemesi

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