空化对液粘传动热弹失稳的影响及其性能优化研究.pdf

摘要

液粘传动技术是利用多组摩擦副间油膜流体挤压和剪切作用传递动力，可对

风机、水泵、盾构机等设备进行柔性调节，从而达到节能的目的。本文以液粘调

速离合器一组摩擦副为研究对象，考虑油膜剪切空化效应，分析工况参数对流场

特性以及摩擦副热弹性不稳定性的影响规律，优化不同工况参数组合提高摩擦副

系统稳定性，探讨热弹性不稳定性对转矩传递特性和传递效率的影响，主要内容

如下：

基于流体力学、传热学及计算流体力学等理论，以不同工况下摩擦副间隙中

油膜为研究对象，建立考虑空化效应的二相流模型，并采用数值计算方法对该模

型进行求解，分析不同工况参数对二相流模型流动特性的影响规律，得到油膜的

温度场、压力场以及速度场等多物理场的瞬态数值结果。并且，对比分析Matlab

数值计算和仿真模拟两个角度，不同工况参数对油膜传递转矩的影响规律。

基于瞬态热传导方程，建立摩擦副系统热弹性不稳定性有限元模型，分析接

合压力、入口流量、主被动片转速差、入口油温以及初始油膜厚度等不同工况参

数对摩擦副系统热弹性不稳定性的影响规律。研究表明，通过增加接合压力、主

被动片转速差，减小入口流量、入口油温和初始油膜厚度均能提高临界速度，延

长摩擦副系统稳定启动时间。

以临界转速最大化且空化体积分数最小化为优化目标，以接合压力、入口流

量、主被动片转速差、入口油温以及初始油膜厚度等不同工况参数为设计变量，

在一定约束条件下，建立优化模型，采用粒子群优化算法进行计算求解，获得最

佳的工况参数组合。优化结果表明临界速度提高了2.223倍，空化体积分数降低

了18.7%，提高了摩擦副系统传动的稳定性。

基于热弹性不稳定性研究结果，分析不同工况参数对转矩传递特性和传递效

率的影响规律。研究结果表明，通过增加接合压力、增加主被动片转速差，减小

入口流量、降低入口油温、减小初始油膜厚度均可以提高传递转矩，降低转矩损

耗。通过增加接合压力、减小入口流量、增加主被动片转速差、降低入口油温均

可提高传递效率，从而实现摩擦副系统的稳定传动。

关键词：液粘传动，空化效应，有限元分析，热弹性不稳定性，粒子群优化，

传递转矩

Abstract

Liquid-viscoustransmissiontechnologyusestheextrusionandshearingactionofoil

filmfluidbetweenmultiplegroupsoffrictionpairstotransmitpower,whichcanflexibly

adjustfans,waterpumps,shieldmachinesandotherequipment,soastoachievethe

purposeofenergysaving.Inthispaper,agroupoffrictionpairsofliquid-viscousspeed-

regulatingclutchistakenastheresearchobject,consideringtheshearcavitationeffectof

theoilfilm,theinfluenceofworkingparametersontheflowfieldcharacteristicsandthe

thermoelasticinstabilityofthefrictionpairisanalyzed,thecombinationofparameters

underdifferentworkingconditionsisoptimizedtoimprovethestabilityofthefriction

pairsystem,andtheinfluenceofthermoelasticinstabilityonthetorquetransmission

characteristicsandtransferefficiencyisdiscussed：

Basedonthetheoriesoffluidmechanics,