一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法

技术领域

本发明属于结构设计技术领域，具体涉及一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法。

背景技术

车辆传动系统变速机构以及湿式制动器、湿式离合器中，广泛使用摩擦片用于实现档位切换、力矩传递以及制动等功能。摩擦片工作过程中，与对偶片的滑摩产生大量热量，过多的热量导致摩擦片及对偶片表面温度大幅升高，甚至出现摩擦片、对偶片的烧蚀、黏连、翘曲变形等问题，严重影响摩擦片的性能甚至导致功能失效。为降低摩擦片的温度，通常采用冷却液对摩擦片及对偶片进行冷却，其冷却效果与冷却液流量、品质以及冷却液流速等相关。为进一步提升冷却效果，常在摩擦片表面开设油槽，通过油槽增大冷却液换热面积、同时油槽还会对冷却液的流动状态产生明显影响，从而改变摩擦片散热效果。

常见的油槽形式有螺旋槽、径向槽、华夫槽、双圆弧槽、楔形槽、周向槽等，多种油槽可进行组合，获取不同的散热效果。

如何根据摩擦片应用条件，快速从众多油槽形式中选择出散热能力最好的油槽方案，是长久以来困扰摩擦片设计人员以及摩擦片生产厂家的问题。

当前摩擦片油槽设计方法，主要为经验设计、试验对比、仿真对比等。经验设计方法即沿用已有设计方案，稍加改动，形成新的油槽方案，如附图1所示；试验对比方法即加工出不同油槽形式的摩擦片，在试验台上进行同工况下的散热对比，根据测试的摩擦片最高温度或摩擦片耐热表现，评估多种油槽散热能力的优劣，如附图2所示；仿真分析即构建不同形式油槽的流场分析模型，根据仿真分析得到的给定工况下表面的对流换热系数对油槽散热能力进行评价，如附图3所示。

但是油槽经验设计法不够准确，甚至在盲目沿用已有设计时南辕北辙，散热效果远低于预期，实验对比法一般通过加工试验件完成对比试验进行筛选和优化，前期投入大，加工周期和试验周期较长，制约了油槽设计技术提升。仿真分析法是近年来新兴起的一种油槽散热计算方法，基于流场仿真分析方法对不同油槽方案进行散热分析，根据对流换热系数比较油槽散热效果，仿真计算法显著降低了油槽设计周期和经济投入，在油槽设计具有较好的推广前景。但是，由于摩擦片油槽在影响散热的同时，在摩擦片空转过程中还会引起空转搅油损失，因此不能片面追求油槽表面散热功率越大越好，还应同时比对其空转搅油损失。此外，油槽的优劣，还应根据其使用条件和要求进行评价，油槽设计方案，在不同转速、不同流量下可能会有不同的变化趋势，在A条件下散热能力好，在B条件下可能散热很差。因此，脱离了使用条件，不考虑油槽搅油损失，单纯根据对流换热系数等仿真结果进行方案对比，具有一定片面性，迫切需要形成一种全面、有效、可行的评价方法，对摩擦片油槽设计方案进行全面评价、筛选。

发明内容

有鉴于此，针对现有摩擦片油槽散热能力评价方法脱离具体使用要求、评价片面性的不足，本发明提供了一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法，能够满足摩擦片散热设计精细化的设计需求。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法，该方法的具体步骤为：

步骤1，确定m种摩擦片的油槽仿真方案，每种摩擦片的油槽仿真方案可进行n种典型散热转速和p种典型冷却流量使用工况条件的计算；

步骤2，在流场分析软件中分别构建m种油槽仿真方案对应的摩擦片油槽流场分析模型；

步骤3，通过改变散热转速、冷却流量，获得m种油槽仿真方案中的n种典型散热转速、p种典型冷却流量时的摩擦片表面含油槽内表面的散热功率和油膜剪切力矩；

并根据散热功率和油膜剪切力矩计算得出第i种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数K

步骤4，比较m种油槽仿真方案计算得到的油槽散热系数，油槽散热系数数值最大的即为综合散热性能最优的油槽仿真方案；

步骤5，根据已知的摩擦片需要的散热能量数值Q和对应的散热时间t，根据

若

进一步的，步骤1中，确定m种摩擦片的油槽仿真方案的具体过程如下：

步骤1-1，确定摩擦片的使用工况条件，包括n种典型散热转速和p种典型冷却流量，同时确定每种典型散热转速对应的转速权重系数和每种典型冷却流量对应的流量权重系数；

步骤1-2，根据经验，通过调整摩擦片油槽的槽型、槽截面尺寸参数、油槽分布的尺寸参数初步确定m种摩擦片的油槽仿真方案，并根据每个油槽仿真方案的摩擦片油槽的槽型、槽截面尺寸参数、油槽分布的尺寸参数完成三维建模。

进一步的，步骤2中，在流场分析软件中分别构建m种油槽仿真方案对应的摩擦片油槽流场分析模型后，对每个摩擦片油槽流场分析模型设置流域边界，流域边界包括散热转速和冷却流量。

进一步的，步骤3中，固定某一冷却流量条件下，只改变散热转速时，计算得出第i种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数K

其中，K

进一步的，步骤3中，通过改变散热转速和冷却流量，获得m种油槽仿真方案、n种典型散热转速、p种典型冷却流量时的摩擦片表面含油槽内表面的散热功率和油膜剪切力矩；

并按公式(2)计算得出第i种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数；

其中，K

有益效果：

(1)本发明对油槽散热能力的评价，既考察了摩擦片使用过程中冷却油从油槽表面流过时形成的散热功率，又考虑了油槽引起的搅油损失，该搅油过程形成的发热功率对摩擦片散热不利，应予以去除，此外，由于油槽的散热效果与摩擦片的转速以及冷却液流量密切相关，针对摩擦片典型的散热转速和冷却流量进行了分析，提出了油槽综合散热系数的概念，更全面的评价摩擦片多种油槽仿真方案的散热效果；当已知摩擦片散热量需求和散热时间要求时，还可以对不同摩擦片油槽方案是否满足设计需求完成评价；因此，本发明可快速、准确地完成摩擦片多油槽方案的优选，同时显著降低了油槽设计周期和经济投入，对于提高摩擦片散热精细化设计水平具有重要推动作用，可用于湿式制动器、湿式离合器以及其他总成中的湿式摩擦片散热能力分析，即可用于指导油槽散热理论分析，也可为摩擦片油槽散热试验分析提供评价参考，具有良好的适应性。

(2)本发明确定m种摩擦片的油槽仿真方案时，考虑摩擦片的使用工况条件，根据使用要求引入每种典型散热转速对应的转速权重系数和每种典型冷却流量对应的流量权重系数进行油槽散热能力评价，能够更全面的评价摩擦片多种油槽仿真方案的散热效果。

(3)本发明通过改变散热转速和冷却流量，获得m种油槽仿真方案、n种典型散热转速、p种典型冷却流量时的摩擦片表面含油槽内表面的散热功率和油膜剪切力矩；并按

附图说明

图1为背景技术中摩擦片油槽经验设计方法流程图；

图2为背景技术中摩擦片油槽试验对比设计方法流程图；

图3为背景技术中摩擦片油槽仿真对比设计方法流程图；

图4为本发明的油槽散热能力评价流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

实施例1：

本实施例提供了一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法，参见附图4，该方法的具体步骤如下：

步骤1，确定摩擦片的使用工况条件，包括n种典型散热转速和p种典型冷却流量等，同时确定流体材料参数等仿真所需参数，以及每种典型散热转速对应的转速权重系数K

步骤2，根据经验，通过调整摩擦片油槽的槽型、槽截面尺寸参数、油槽分布的尺寸参数等初步确定m种摩擦片的油槽仿真方案，每种摩擦片的油槽仿真方案可进行n种典型散热转速和p种典型冷却流量使用工况条件的计算；并根据每个油槽仿真方案的摩擦片油槽的槽型、槽截面尺寸参数、油槽分布的尺寸参数完成三维建模；

步骤3，在流场分析软件中分别构建m种油槽仿真方案对应的摩擦片油槽流场分析模型，确定其流体材料参数、摩擦面表面温度，并对每个摩擦片油槽流场分析模型设置流域边界，流域边界包括散热转速、冷却流量等；

步骤4，固定某一冷却流量条件下，通过改变散热转速，获得m种油槽仿真方案中的n种典型散热转速时的摩擦片表面含油槽内表面的散热功率W

并按公式(1)计算得出第i种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数；

其中，K

步骤5，根据设计要求，作为优选，还可进一步通过改变冷却流量，分析油槽散热情况，获得m种油槽仿真方案、n种典型散热转速、p种典型冷却流量时的摩擦片表面含油槽内表面的散热功率W

并按公式(2)计算得出第i种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数；

其中，K

步骤6，完成全部计算后，比较m种油槽仿真方案计算得到的油槽散热系数，油槽散热系数数值最大的即为综合散热性能最优的油槽仿真方案；

步骤7，根据已知的摩擦片需要的散热能量数值Q和对应的散热时间t(即摩擦片散掉热量Q所需的时间)，可进一步根据

若

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，提供一种湿式摩擦片油槽散热能力评价方法的具体实施过程：

步骤1，确定摩擦片的使用工况条件，包括3种典型散热转速，分别为400r/min、1700r/min、2300r/min，2种典型冷却流量，分别为2L/min、4L/min，根据各条件出现概率和散热需求，确定典型散热转速400r/min、1700r/min、2300r/min对应的转速权重系数分别为0.1、0.2、0.7；典型冷却流量2L/min、4L/min对应的流量权重系数分别为0.6、0.4；

步骤2，根据经验，确定3种摩擦片的油槽仿真方案，并根据每个油槽仿真方案的槽型、槽截面尺寸参数、油槽分布的尺寸参数完成三维建模；

步骤3，在流场分析软件中分别构建3种油槽仿真方案对应的摩擦片油槽流场分析模型，确定其流体材料参数、摩擦面表面温度，并对每个摩擦片油槽流场分析模型设置流域边界，流域边界包括散热转速、冷却流量等；

步骤4，通过改变散热转速和冷却流量，获得3种油槽仿真方案中的3种典型散热转速、2种冷却液流量时摩擦片表面含油槽内表面的散热功率和油膜剪切力矩；

并按实施例1的公式(2)计算得出3种油槽仿真方案中摩擦片油槽散热系数，分别为126.7W、166.7W、112.8W；

步骤5，完成全部计算后，比较3种油槽仿真方案计算得到的油槽散热系数，确定第二种油槽仿真方案的综合散热性能最优；

步骤6，根据已知的摩擦片需要的散热能量数值为14500J和对应的散热时间100s，根据

第一种油槽仿真方案和第三种油槽仿真方案的

本实施例的具体评价数据如下表所示：

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。