液粘调速离合器热弹耦合效应及其柔性传动失稳机理研究

Hydro-viscous drive (HVD) has been widely used in the flexible transmission of electromechanical equipment due to obvious advantages of stepless speed regulation and energy conservation. However, with the increase of transmission load and working speed, unquenchable thermal deformation about friction pairs aggravates unstable transmission process, which becomes the major bottleneck that restricts hydro-viscous flexible transmission. Irrespective of the traditional demanding measures that are being taken to eliminate frictional heat, thermo-elastic coupling effect will be used for improving the stability of hydro-viscous flexible transmission. The coupling mechanism between dynamic characteristics of flexible transmission and thermo-elastic deformation of friction pair will be investigated. And the analytical model about thermoelastic instability of the system based on thermo-elastic deformation will be established to explore the evolution processes of critical speed and its impact on dynamic characteristics. Under multi-working conditions, thermal deformation law of the friction pair in the soft-start and its impact mechanism on thermoelastic instability will be experimented to obtain the key factors that influence the stability of hydro-viscous flexible transmission. Based on thermo-elastic coupling effect, the design theory system about improving the stability of hydro-viscous flexible transmission can be founded. Finally the particular function mechanism about thermo-elastic coupling effect can be revealed to improve the stability of hydro-viscous flexible transmission in this project. The research results will provide theoretical and technical supports for flexible transmission design and precise control of HVD.

液粘调速离合器因其显著的无级调速优势和节能效果，已经广泛应用于机电设备的柔性传动，然而，随着传动载荷、工作转速的增加，无法遏制的摩擦副热变形加剧了传动过程的失稳问题，成为制约液粘柔性传动效果的主要瓶颈。针对传统方法中竭力消除摩擦热的研究困局，本项目提出拟基于热弹耦合效应提高液粘柔性传动稳定性的新方法，研究液粘柔性传动动力学特性与摩擦副热弹性变形的耦合机理，构建基于热弹性变形的摩擦副系统热弹性不稳定性分析模型，探究摩擦副动态热弹性变形时临界转速的演变机制及其对动力学特性的影响规律；结合实验，研究多工况条件下摩擦副热弹性变形规律及其对热弹性不稳定性的作用机理，获得影响液粘柔性传动稳定性的关键因素，形成基于热弹耦合效应提高液粘柔性传动稳定性的设计理论体系。本项目旨在揭示热弹耦合效应在提高液粘柔性传动稳定性方面的特殊作用机理，为液粘调速离合器柔性传动设计和精确控制提供理论依据和技术支撑。

围绕中高端动力装备的节能降耗已成为动力传递领域的重点发展方向之一。液粘调速离合器依靠摩擦副系统内油膜的剪切作用传递动力，具有广泛显著的应用潜力。作为典型的薄板圆盘结构，摩擦副系统内多物理场循环作用加剧了热弹耦合变形的复杂性，直接导致柔性传动的不稳定。本课题针对液粘调速离合器迫切需要解决的技术问题，主要围绕摩擦副系统动力学建模分析及其柔性传动过程优化、摩擦副热弹耦合动态变形、热弹性不稳定性等方面开展理论分析、仿真建模、结果分析和实验测试研究。. 主要研究内容：（1）研究了液粘调速离合器软启动动力学特性，揭示了摩擦副系统可实现柔性传动的关键动力学参数影响机理及其优化结果。（2）建立了柔性传动过程中摩擦副热弹塑性变形分析模型，揭示了摩擦副各部分材料始终保持热弹性变形的影响规律。（3）构建摩擦副系统热弹性不稳定性（TEI）分析模型，揭示动态热弹性变形对临界转速的影响机理。（4）实验分析不同工况下摩擦副系统设计参数对液粘柔性传动稳定性的影响规律，并验证和完善所建立的理论模型。. 研究取得创新之处：（1）探明了液粘柔性传动动力学特性与摩擦副热弹性变形的耦合机理，获得了摩擦副的动态热弹性变形演变规律，以及摩擦副系统设计参数的优化方案，为液粘柔性传动摩擦副系统设计提供了理论依据。（2）揭示了动态热弹性变形对摩擦副系统热弹性不稳定性的影响机理，形成了基于热弹耦合效应提高液粘柔性传动稳定性的设计理论体系，为液粘调速离合器柔性传动设计和控制提供了技术支撑，具有重要的理论意义和工程应用价值。. 项目执行期间，申请发明专利8项，其中获授权3项；发表学术论文4篇，其中SCI刊源2篇；培养研究生5名，其中，1名研究生已毕业，圆满完成了项目预期目标。