重型卡車離合器壓盤溫度場分布思路構(gòu)建探索

摘 要：在溫度場的作用下，重型車的離合器壓盤會在經(jīng)常的使用過程中出現(xiàn)燒蝕、開裂等問題。在一定的程度上降低了離合器的使用壽命。為了解決這些問題，在離合器的連接過程中加入了傳導(dǎo)的物理模型，通過計(jì)算軟件模型的建立使檢測得到了壓盤溫度場的分布情況，提高了離合器壓盤的使用壽命。

關(guān)鍵詞：重型卡車；離合器；壓盤；溫度場；思路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.22.246

離合器是汽車運(yùn)行的過程中必不可少的零件，汽車在起步、制定、換擋的過程中，利用離合器的作用實(shí)現(xiàn)動力的傳播，當(dāng)離合器受到損耗或者不能正常使用的時(shí)候，就會因?yàn)槠嚤旧淼膽T性作用使汽車內(nèi)部的零件損壞，對駕駛員的安全失去了你保障。本文就離合器壓盤溫度場的主要建立思路進(jìn)行探索。

1 傳熱學(xué)與導(dǎo)熱微分式

（1）傳熱學(xué)基礎(chǔ)。傳熱學(xué)主要研究的是不同溫度的物體在熱能量傳播過程中的規(guī)律。在進(jìn)行傳熱的過程中，主要有熱傳導(dǎo)、熱輻射、熱對流三部分組成。熱傳導(dǎo)是使人能量從溫度高處向地處傳播的過程，在進(jìn)行熱量傳播的過程中不涉及物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，只進(jìn)行熱量的傳播。熱對流就是在物體間發(fā)生循序的流動過程，使得熱量之間通過趨于穩(wěn)定，熱對流發(fā)生在不同溫度的流體與表面。熱輻射主要通過電磁波的輻射實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。

（2）導(dǎo)熱微分方程。在一定的時(shí)間內(nèi)物體內(nèi)部的綜合稱為溫度場，主要由瞬態(tài)溫度場和穩(wěn)態(tài)溫度場，進(jìn)行能量的計(jì)算，導(dǎo)熱微分方程主要以能量守恒定律為基礎(chǔ)，用來求解溫度場分布。用矩形式可以表示為：

[K]{T）+[C]{t}={Q} （1）

K表示傳導(dǎo)c表示為比熱矩陣，T表示節(jié)點(diǎn)溫度向量，}表示為溫度與時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，Q為節(jié)點(diǎn)熱流向率。該方程必須在壓盤表面設(shè)定均勻的溫度場才能實(shí)現(xiàn)。

2 壓盤有限元模型的材料參數(shù)

在進(jìn)行建立的過程中，應(yīng)該使用Pro/E軟件進(jìn)行比較詳細(xì)的對比，制造離合器壓盤的幾何模型。用ABAQUS進(jìn)行網(wǎng)格的規(guī)劃，模型的總數(shù)為38198個，熱導(dǎo)系數(shù)為80W/（m/k）、比熱容為560J/（kg/K）密度7.6kg/m、彈性模量110GPa、熱膨脹系數(shù)1.05×10f/K。

3 壓盤的仿真與具體邊界設(shè)置

（1）進(jìn)行壓盤分析的假設(shè)。1）當(dāng)離合器進(jìn)行結(jié)合時(shí)，壓盤的溫度處于不斷的變化當(dāng)中，材料的功能與系數(shù)也在不斷發(fā)生著變化，由于有限的條件制約，壓盤的溫度肯定不會超過110℃，由于壓盤自身的溫度對材料的影響作用很小，可以假設(shè)壓盤不會受材料參數(shù)進(jìn)行變化；2）由于離合器的連接分離時(shí)間比較短，壓盤的溫度不很高，輻射應(yīng)該不會對溫度場影響；3）摩擦中的磨損帶走的熱量可以忽略不計(jì)，假設(shè)產(chǎn)生的摩擦熱可以完全的被吸收。

（2）給壓盤的邊界設(shè)置條件。對于導(dǎo)熱而言，導(dǎo)熱都是在特定的條件下進(jìn)行的，只有在特定條件的影響下，可以使結(jié)果比較準(zhǔn)確進(jìn)行邊緣條件設(shè)置，分析在涉及邊緣條件的時(shí)候壓盤的工作情況，分析邊界條件、熱流密度等對壓盤的制約。1）在進(jìn)行溫度邊界具體條件分析時(shí)，可以認(rèn)為結(jié)合開始的瞬間外部環(huán)境穩(wěn)定為35℃，將均勻的溫度場作為邊界條件，給壓盤的表面進(jìn)行溫度施加，隨著溫度的增加將會進(jìn)行不斷的變化，不斷受的熱流和環(huán)境的影響；2）運(yùn)動的流體和溫度固定的壁面進(jìn)行接觸時(shí)，由于溫度差的作用使得流體與壁面之間由于溫度差的原因產(chǎn)生摩擦熱，導(dǎo)致壓盤溫度的升高稱之為對流換邊界條件。離合器在工作的過程中不間斷的經(jīng)歷熱流熱散熱，對流換熱系數(shù)在時(shí)刻進(jìn)行著變化，利用離合器本身的內(nèi)外徑算出平均的運(yùn)行速度；3）位置約束條件，當(dāng)壓盤的外沿施加位移約束時(shí)，限制壓盤就會沿徑的方向發(fā)展。限制軸向的位移。

4 壓盤有效元思路建立的結(jié)果

通過一系列的猜測與分析可以直觀的看出有限元的結(jié)果。

（1）一般的載荷下，不同的角度得出的結(jié)論：1）在離合器的壓盤內(nèi)在附近的溫度最高接近137℃，離合器的結(jié)合為1.172秒。在溫度為81.57時(shí)，結(jié)合點(diǎn)在3.2秒。通過分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)離合器結(jié)合工作后非結(jié)合終止時(shí)，壓會呈現(xiàn)最大的溫度。主要因素是因?yàn)樵诮雍霞磳⒔Y(jié)束的時(shí)候，摩擦產(chǎn)生的熱量小于熱傳導(dǎo)和熱對流帶走的熱量；2）在壓盤分離后，因傳導(dǎo)和熱對流的影響，壓盤內(nèi)徑的溫度降低，在接觸溫度分布的區(qū)域擴(kuò)大的時(shí)候，壓盤本身就會把自身的溫度由高溫向低溫進(jìn)行傳導(dǎo)；3）在壓盤上，溫度場的總體分布式按照軸向與縱向進(jìn)行分布的。軸向上，摩擦的面相當(dāng)于熱源，沒有摩擦的面會通過傳遞熱的形式，進(jìn)行能量的傳播；徑向上，由于壓盤在工作過程中溫度場分布不穩(wěn)定，使內(nèi)徑附近的溫度比較高，隨著壓盤繼續(xù)工作，壓盤會逐漸的因高溫變形導(dǎo)致接觸的直徑減少，高溫不斷地內(nèi)移，溫度最高處位于壓盤的內(nèi)徑。

（2）其他載荷在壓盤溫度場的分布。以1倍載荷為起點(diǎn)，每隔0.25倍計(jì)算1到3倍的壓盤分布情況，由結(jié)論得出，壓盤的分布規(guī)律一一般的分布規(guī)律一樣，當(dāng)溫度在逐漸的增加時(shí)，載荷和結(jié)合的次數(shù)也會隨著逐漸的增大。

由此得出結(jié)論：相同的載荷隨著結(jié)合與分離次數(shù)的增加壓盤的溫度也會增加。

在載荷一致的情況下，壓盤的溫度隨著結(jié)合和分離次數(shù)的增加也逐漸的變高，增加結(jié)合和分離時(shí)降溫變化的幅度時(shí)刻都不相同。不同的載荷，當(dāng)載荷量每增加0.26倍時(shí)，結(jié)合過程中74溫度的增加量也不相同。

綜合得出，對壓盤溫度影響最大的是，接合次數(shù)和載荷倍數(shù)，壓盤的溫度總體上會隨著載荷倍數(shù)和接合次數(shù)的增加而逐漸的上升。

（3）結(jié)論。通過具體的分析得出：1）在壓盤的工作過程中，壓盤內(nèi)徑的溫度會逐漸增加；2）在擬合的猜測中，熱流的密度數(shù)與有限元仿真的探測結(jié)果一致；3）壓盤的溫度會隨著載荷倍數(shù)和接合次數(shù)的增加而增加；4）企業(yè)在進(jìn)行壓盤的溫度分布進(jìn)行改造的時(shí)候會因?yàn)闇囟鹊姆植疾痪舛馐艿綋p害。

5 結(jié)束語

在對重型卡車的離合器壓盤溫度上進(jìn)行構(gòu)建的時(shí)候，應(yīng)該通過準(zhǔn)確的計(jì)算，合理控制相關(guān)因素。在探索的過程中，由于外界因素的不同條件制約使得對壓盤溫度場的結(jié)構(gòu)不夠準(zhǔn)確，因此，在測量統(tǒng)計(jì)結(jié)果的時(shí)候，一定要對測量重復(fù)的進(jìn)行檢測，以保障結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1]付建蓉.某重型卡車離合器蓋總成有限元分析[J].北京林業(yè)大學(xué)，2013（03）.

[2]王青春，侯勇，王玉鑫.某重型卡車離合器壓盤溫度場分布研究[J].計(jì)算機(jī)仿真，2012（10）.

[3]張凡，鮑際平.重卡離合器壓盤熱應(yīng)力有限元分析與改進(jìn)[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，2011（04）.