毕业论文-张红

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方式联接在壳体的内花键上。

从原理上说粘性联轴器是双向传递转矩的,即任意一组叶片均可作为主动叶片,但一般以与壳体内花键相连接的一组叶片作为主动叶片。主动叶片通过剪切硅油产生剪切力带动被动叶片转动。在壳体内部充填的高粘度流体(一般是硅油)的充填量要比壳体的容积小一些,一般要残留一些空气。它一般占壳体内部体积的10%~20%。叶片的厚度大约为0.5mm~1mm,片间间隙大约为0.1~0.3mm,主、被动叶片均可沿着轴和壳体上的花键自由移动。动力的传递主要依靠油膜的剪切作用。硅油的粘度大约在6000~100000cs之间。一般主动叶片上开有孔,被动叶片上开有径向槽。

2.2.2粘性联轴器的布置结构

在粘性式限滑差速器中,粘性联轴器的布置多采用两种布置结构,如图2-3中a所示为壳式布置的轴-壳式结构,b所示为轴式布置的轴-轴式结构。当把粘性联轴器布置在差速器壳体之内时,可把壳体的一部分作为粘性联轴器的壳体,这种方法称为壳式布置;把粘性联轴器安装在半轴上的布置方案称为轴式布置。

图2-3 (a)壳式布置 (b)轴式布置

在壳式布置中,粘性联轴器的输入、输出转速差为左右车轮的转速差的一半,传递的转矩较小,限制左、右车轮差速转动的作用较弱,一般常用于转向轮间的差速器。这种布置方法对差速器空间的要求较小。

在轴式布置中,粘性联轴器的输入、输出转速差即为左右车轮的转速差,限制左右车轮差速转动的作用比壳式布置强,可用于非转向轮间差速器,但它要求差速器内部要

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有足够的空间。

图中的流动线表示分配各车轮的转矩,线的粗细表示分配转矩的比例,箭头方向表示功率流动方向。

2.2.3粘性限滑差速器的工作原理

粘性限滑差速器通过主、从动叶片剪切硅油产生的剪切转矩增加了差速器的内摩擦力矩。其传动机理是基于牛顿内摩擦定律。如图2-4所示,在两块平行放置的平板之间充满粘性的流体,设两平板间距即油层厚度为?。下板保持静止,上板以速度v平行于下板运动,板问流体受到剪切。速度不太高时,流体相邻层间的流动状态可看作是相互平行移动的层流,粘附在下板表面上流体分子的速度为零,粘附在上板表面上流体分子的速度为v。为了保持上板恒定的运动速度v,所需要的力F与板的面积A和速度梯度V切率)成正比。即:

F?A

V? (或剪

?

??式中:F——油层的剪切力:

FV?? A??——油层的切应力;

?——流体的动力粘度;

?——油层厚度;

V——两平板的相对速度,或油层的剪切速度; A——承受油层剪切作用的面积;

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图2-4 平板间流体的内摩擦作用图

由此可见,切应力与动力粘度和剪切速度成正比,与油膜厚度成反比。只要结构和参数选取合理,就可设计出传递很大转矩的液体粘性传动装置。当粘性联轴器的结构及硅油粘度确定以后,其切应力对应的转矩与剪切速度对应的转速差成正比。当转速差很小时,它可以允许被动轴与主动轴间有微量的滑转。由于转矩的传递主要依靠两轴间的转速差对油层的剪切作用,所以当主、被动轴间的转速差增大时,油层承受的剪切力就会增大,所传递的转矩也会增加。

粘性联轴器有两种工作状态,即:油膜粘性剪切工作状态和“驼峰”工作状态。通常情况下,由于汽车的各轮胎很难保持严格相同的转速,所以粘性联轴器经常处于油膜剪切工作状态,即利用油膜剪切传递动力。轴旋转时,带动与之啮合的内叶片,由于油膜剪切作用产生的扭矩带动外盘片,外叶片将扭矩传到与之啮合的壳体,从而起到传递扭矩的作用。但是在特殊路面条件下,如果一轮打滑失去牵引力,则轮间的转速变得不同,使得联轴器主、从动叶之间出现转速差。这时因摩擦而产生得热量会促使其内部得油气两相工质产生流动,而且联轴器内压力、温度升高,最后在主、从动叶片间形成准刚性连接,进入“驼峰”工作状态,液体粘性联轴器将动力传递给其余车轮,从而实现驱动能力;离开特殊路面后,主、从动叶片之间转速差减小直至无转速差,这是联轴器内部工质得温度、压力会自动降下来,联轴器又恢复到油膜剪切工作状态。因此,粘性联轴器中工质的性能对传递扭矩特性影响也很大。

在粘性剪切阶段,随转速差的增大,硅油剪切产生热量增加,内部硅油温度升高,粘性联轴器内部压力增加,硅油膨胀压缩空气。这时大部分空气溶解于硅油,未融解的空气聚集在盘片的外边缘,瞬时填充率增大。在“驼峰”阶段,转速差逐渐接近于零,输出扭矩达到最大。温度逐渐降低,内部压力减小,空气泡膨胀并从硅油中释放,瞬时填充率逐渐下降至原值。因此,气泡的存在有两个重要的作用:1、影响硅油的粘度;2、

引起硅油和空气泡在盘片间的流动,内叶片受轴向压力而接近直至贴紧外叶片。粘性联轴器中工作介质——硅油中封存一定量的空气,在运行中通过温度与压力的变化改变粘度,所以硅油的初始填充率在很大程度上决定了粘性联轴器的特性。初始填充率即常温常压下充入LVC的硅油体积与LVC内腔容积之比,一般初始填充率在80-95%,空气的含量对扭矩传递值的大小以及驼峰现象都有着重要的影响。

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3 粘性联轴器转矩传递特性的分析

粘性联轴器在工作中有两个特性是至关重要的,即剪切特性与峰值特性,也有人称之为峰值现象或驼峰现象。通常工作时起作用的是粘性联轴器的剪切工作特性,当粘性联轴器在大转速差长时间工作时,会出现传递的转矩急剧增加的现象,这时粘性联轴器进入峰值工作特性。

3.1粘性联轴器剪切特性的数学模型

在粘性流体力学中,两无限大平行圆盘旋转时,会带动其间的粘性流体运动,产生阻力矩。在这里我们忽略圆盘的边缘效应,即可利用粘性流体力学中的牛顿内摩擦定律来计算粘性联轴器的剪切转矩。

图3-1两平行旋转圆盘传递转矩的计算模型

如图3-1所示是粘性联轴器两叶片传递转矩的简化计算模型,先求出两转动叶片间传递的微量转矩Tq1:

Tq1??s?sr(?1??2)?2?rdr?r

?式中:

?s——硅油的运动粘度; ?s——硅油的密度;

?——工作叶片之间的间隙;

?1,?2——内外叶片的角速度;

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