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液體蠕性傳動是基于牛頓內(nèi)摩擦定律，利用液體的蠕性或油膜的剪切作用來傳遞動力。該技術(shù)是繼液壓、液力傳動之后第3種以液體為工作介質(zhì)的傳動技術(shù)，是液體蠕性調(diào)速離合器、液體蠕性軟起動及軟制動裝置的技術(shù)核心。液體蠕性傳動摩擦片間油膜壓力場分布的研究是液體蠕性傳動設(shè)計及其控制策略制定的基礎(chǔ)，對傳動效果有直接的影響。用有限元分析方法求解溫度場計算相當(dāng)復(fù)雜。本文將介紹如何利用MATLAB的矩陣計算功能和PDE Toolbox中的函數(shù)進(jìn)行油膜溫度場的有限元分析。
這里的邊界條件為本質(zhì)邊界條件，潤滑油從內(nèi)邊界流入，外邊界流出， ab邊流出。保持流入潤滑油溫度為30°，外邊界的邊界條件確定比較復(fù)雜，由于本文只是研究油膜溫度場分布規(guī)律，可假定外邊界溫度為60°這種假定對研究結(jié)果并不會產(chǎn)生很大影響，這一點(diǎn)從后面的計算結(jié)果可以看出。
在有限元分析方面，Matlab除了以其強(qiáng)大的矩陣計算功能在有限元方程求解方面提供方便外，PDE Toolbox工具箱中的函數(shù)為有限元分析的前處理及后處理也提供了極大的方便。摩擦片表面由于具有形狀復(fù)雜的溝槽，為有限元網(wǎng)格劃分帶來了極大的困難，因?yàn)樵谇蠼庥邢拊匠虝r溝槽中油膜厚度與其他地方油膜厚度不同，必須加上溝槽深度，這就要求在劃分有限元網(wǎng)格時就必須考慮這一因素。這一要求用手工編程來實(shí)現(xiàn)非常困難，但是利用PDE Toolbox工具箱中的分解幾何矩陣功能，可以很輕松地解決這一問題。另外PDE Toolbox工具箱中豐富的繪圖函數(shù)，為有限元分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理帶來了方便，分析結(jié)果可以很輕松地以三維或二維形式輸出，方便后續(xù)的分析。
以某液體蠕性調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置摩擦片為例，該摩擦片為紙基摩擦片，表面溝槽形式為徑向槽，為了便于實(shí)驗(yàn)檢測，表面溝槽僅為一縱一橫2條通槽。
可以得到網(wǎng)格劃分結(jié)果圖(圖略)、三維溫度場分布圖(圖略)。由三維溫度場分布圖可以看出沿周向溫度場呈周期性分布，在溝槽處溫度出現(xiàn)變化，總體趨勢為低于非溝槽處溫度。由徑向溫度分布變化圖(圖略)可見沿徑向從內(nèi)到外溫度呈上升趨勢，圖中波折線是由于網(wǎng)格劃分的緣故，進(jìn)一步細(xì)化網(wǎng)格可緩解此種現(xiàn)象，還可以看出前面確定的外邊界條件對計算結(jié)果影響甚微。
(1)借助于Matlab進(jìn)行油膜溫度場的有限元分析，可以輕松地實(shí)現(xiàn)問題的求解，不僅可以節(jié)約大量的時間，而且求解結(jié)果準(zhǔn)確，可以以多種形式輸出，方便于后續(xù)的分析。
(2)由于潤滑油的冷卻作用，溫度場的變化數(shù)值比較小，不會產(chǎn)生大的熱量使摩擦片變形。但實(shí)驗(yàn)表明在處于混合摩擦和邊界摩擦?xí)r會產(chǎn)生大量的熱，對摩擦片變形及傳動效果有較大影響。
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