有限元分析法摩擦盘工作中的温度场分布规律.docx

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1、有限元分析法摩擦盘工作中的温度场分布规律有限元分析法摩擦盘工作中的温度场分布规律 本文关键词：摩擦，分析法，分布，有限元，规律有限元分析法摩擦盘工作中的温度场分布规律 本文简介：摘要：运用ANSYS软件,建立了湿式制动器相应有限元模型,对热传导模型进行简化,并且确定了对模型进行求解所对应的边界条件,采纳有限元分析法得到摩擦盘工作中的温度场分布规律。关键词：制动器;ANSYS;温度场;有限元;1创建分析模型1.1优化模型湿式制动器真实模型的建立会有肯定的误差,有限元分析法摩擦盘工作中的温度场分布规律 本文内容：摘要：运用ANSYS软件, 建立了湿式制动器相应有限元模型, 对热传导模型进行简化,

2、并且确定了对模型进行求解所对应的边界条件, 采纳有限元分析法得到摩擦盘工作中的温度场分布规律。关键词：制动器; ANSYS; 温度场; 有限元;1 创建分析模型1.1 优化模型湿式制动器真实模型的建立会有肯定的误差, 假如误差太大, 就会使有限元分析的计算结果失去意义。因此, 必需要对有限元分析模型进行优化设计。另外, 有限元网格类型的选择也会影响整个仿真分析结果的精确性。1.1 划分网格有限元网格划分的结果是否合理, 是推断有限元分析模型建立是否正确牢靠的主要依据。有限元网格划分是建立有限元分析模型的一个关键步骤, 须要考虑的因素比较多, 模型中每个部件的几何结构、受力状态以及接触关系等都会

3、影响分析结果的精度, 同时还要留意选择的单元网格类型和大小会影响计算规模, 网格划分假如不合理就会导致计算无法进行。选择Main Menu吩咐, 弹出实体选择对话框, 用鼠标选择矩形4条边线, 在Element edge length文本框中输入25, 单击OK按钮得到网格分析模型。1.2 添加温度边界条件在软件中, 把摩擦片外的表面、方向位移的自由度进行约束, 只允许摩擦盘沿着轴一直回自由移动, 并且约束钢盘使其只能沿轴旋转, 施加匀称分布的制动压力。整个摩擦制动系统初始温度设置为20。在菜单栏选择Main Menu吩咐, 在弹出的实体选择对话框中, 选中模型左边线, 接着在出现的对话框中设

4、置Load PRES value为20, 单击OK。2 定义约束参数建立湿式多片制动器三维模型, 通过简化得到了对应的有限元分析模型。同时, 运用网格划分模块对所建立模型进行网格划分, 通过仿真分析得到制动过程中摩擦副温度场的改变状况, 驾驭摩擦盘和钢盘不同时段热流传递趋势, 并对其进行总结。对温度场分布不均的衍生问题进行探讨, 探讨了摩擦副尺寸和材料对热点问题的影响。建立了相关数学模型, 对其进行数字仿真和模拟仿真, 对此两种仿真结果进行对比。2.1 定义单元类型及常数在ANSYS程序主界面中选择Main Menu→Preprocessor→Real Constants&

5、rarr;Add/Edit/Delete吩咐, 弹出Real Constants对话框。单击Add按钮, 进行下一个Choose Element Type对话框, 选择Plane82单元, 单击确定, 在THK文本框中输入20, 定义厚度为20mm。2.2 定义材料参数湿式制动器摩擦盘的材料为无石棉的纸基摩擦材料, 密度为1450kg/m3, 湿式制动器泊松比为0.3;钢片的材料是45#钢, 密度为7850kg/m3, 泊松比为0.269。表1 制动片特性参数 3 求解及优化选择Main Menu→Solution→Solve→Current LS吩咐, 弹出的窗

6、口包括所要计算模型的求解信息和载荷步信息。单击上图OK按钮, 软件起先进行分析计算。在不同制动时刻, 湿式制动器摩擦片表面整体温度场分布状况不同。为了使润滑油流淌, 摩擦盘表面对称分布径向油槽, 这些油槽把摩擦盘分成了形态相同的几个部分。由于所受压力均布在摩擦盘表面, 各区域的温度场总体分布状况相像。同一时刻, 外径处的温度明显高于内径, 这是由于相同角速度下, 滑动半径越大, 摩擦盘的相对滑动速度越大, 导致摩擦产生热量就越大。摩擦盘油槽区域的温度明显低于与发生接触的区域, 这是由于油槽未与钢盘接触, 没有摩擦热产生, 只靠热传递使温度上升。在整个制动过程中, 摩擦盘同一位置的温度随着制动时

7、间的延长而上升, 在结束时出现最高温度。在持续制动的前半段时间内, 温度上升相对较快, 在后半段温升速度降低。在制动停止时, 摩擦盘便停止相对滑动, 不再产生热量, 因而温度不再上升, 并且由于对流散热温度还有所下降。结合摩擦盘沿半径切面的温度分布状况进行分析, 摩擦片的热源在摩擦片与钢片的接触表面, 摩擦盘热量的流淌方向是从摩擦盘表面到摩擦盘内部。由于热量的传递速度要小于生热速度, 摩擦盘表面的温度比内部温度要高。因此, 热流主要由摩擦表面流向摩擦盘内部, 随着热流不断流入, 内部温升速度加快。摩擦盘外径处温升速度也要大于内径处, 在内部径向方向也产生温度梯度。摩擦片内径边缘区域的温度在整个

8、摩擦制动过程中改变不明显。4 结语本文主要运用ANSYS对全封闭湿式制动器的温度场在不同时刻分布规律以及温度场相关热点问题进行了探讨。首先阐述了有限元计算的数学理论, 分析了摩擦制动生热理论和热传导理论等问题, 并建立了湿式多片制动器的三维热传导模型。参考文献1成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社, 2002.2机械工程师手册编委会.机械工程师手册M.北京:机械工业出版社, 2022.3张文明, 申炎华, 张卫钢.湿式制动器的制动过程和摩擦温度场的探讨.有色金属工程, 19101, (1) :14-19.第4页 共4页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页第 4 页 共 4 页