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液体粘性传动（HVD）技术的研究

作　者: 陈宁
导　师: 吴根茂；魏建华
学　校: 浙江大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 液体粘性传动节能无级调速调速离合器油膜剪切传动摩擦副对偶片翘曲变形开环转速稳定性专用转速调节阀
分类号: TH137
类　型: 博士论文
年　份: 2003年
下　载: 492次
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内容摘要

随着生产力的迅速发展和现代化程度的日益提高,能源的消耗量也急剧增加,导致全球性的能源危机和能源价格上涨,使得节能成为当今世界面临的重大技术课题之一。液体粘性传动(HVD)是一种利用摩擦副之间的油膜剪切力来传递动力的新型传动形式,在大功率风机、水泵调速节能方面有着广泛的应用前景。作为流体传动领域中一门崭新的学科,本文从油膜润滑传动机理、系统动态特性、摩擦副的变形失效、在实际工况下开环稳态工作性能等几个方面对HVD技术进行了深入的研究,得到以下研究成果: 在对HVD技术的基础——油膜润滑传动机理——进行的研究中,首次采用独特的“边界条件分部叠加法”,推导出带径向油槽摩擦片间油膜压力分布规律和油液径向流量的实用解析解,进而求得动态油膜承载力计算公式。此为本学位论文创新点之一。通过对HVD系统的动态特性的研究,建立了HVD装置的系统动态平衡方程,推导得到了HVD系统状态方程、HVD装置输出转速传递函数和输出扭矩传递函数,通过试验验证,最终得到结论:理论上,HVD系统对于输出转速和输出扭据来说总是开环稳定的。这为HVD装置在工程实际中的开环应用提供了理论依据。此为本学位论文创新点之二。通过HVD装置摩擦副的变形失效现象的研究,建立了摩擦副热传导模型,数值计算得到了对偶片沿径向瞬时温度场分布和因此产生的周向热应力、径向热应力分布曲线,分析得到导致对偶片发生翘曲变形的原因是周向热应力而非径向热应力,因此变形的形式应该为碟形翘曲,并通过大量试验,总结出摩擦副参数的优化对提高其抗热变形能力的影响规律。此为本学位论文创新点之三。论文还分析了电液控制系统和润滑油性能对实际HVD装置开环稳态工作性能的影响,设计了一种新型HVD专用转速调节阀,指出了HVD装置选用润滑油应具有的粘度范围和粘度指数要求,并在目前没有HVD专用润滑油的情况下,通过试验找到了最佳替代品,为HVD装置在工程实际中的开环应用提供了经验性数据。本文研究工作进一步发展了HVD技术的基本理论,解决了HVD装置研制过程中的实际问题。根据本文研究成果研制成功的HVD装置分别在热电厂和自来水厂现场使用一年多,性能完全满足工程实际的需要,并获得了显著的经济效益。整个研究工作对HVD产品性能的提高和发展具有重要的理论和实践指导意义。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-13
第一章绪论  13-30
  1．1 课题研究的工程背景  13-22
    1．1．1 风机、水泵流量调节方法  13-14
    1．1．2 风机、水泵的节能措施  14-15
    1．1．3 风机、水泵的几种调速节能方式  15-22
  1．2 HVD的工作原理  22-24
  1．3 HVD技术的发展及国内外研究现状  24-27
    1．3．1 HVD技术国外研究现状  25-26
    1．3．2 HVD技术国内研究现状  26-27
  1．4 本论文研究内容  27-30
    1．4．1 HVD技术国内研究所面临的课题  27-28
    1．4．2 本论文的研究内容  28-30
第二章 HVD油膜润滑传动机理  30-77
  2．1 无油槽摩擦片间油膜传动机理分析  30-42
    2．1．1 无油槽摩擦片油膜受力分析  30-34
    2．1．2 无油槽摩擦片间油膜承载力研究  34-42
  2．2 径向油槽摩擦片间油膜传动机理分析  42-60
    2．2．1 径向油槽摩擦片间油膜的数学模型  44-45
    2．2．2 数学模型求解方法分析  45-46
    2．2．3 齐次偏微分方程(2-58)的解  46-52
    2．2．4 油液离心力产生的附加影响  52-56
    2．2．5 带径向油槽摩擦片油膜压力分布与径向流量的近似解  56-58
    2．2．6 静压承载力F_7、离心压力F_8和动压承载力F_10  58
    2．2．7 关于得到的带径向油槽摩擦片油膜传动机理的几点说明  58-60
  2．3 径向油槽摩擦片间油膜传动试验研究  60-76
    2．3．1 试验设备及基本参数  60-62
    2．3．2 油膜压力沿径向分布的试验研究  62-68
    2．3．3 油膜压力沿周向分布的试验研究  68-70
    2．3．4 径向油槽深度△δ对油膜压力影响的试验研究  70-75
    2．3．5 径向油槽深度△δ对油膜径向流量影响的试验研究  75-76
  2．4 本章小结  76-77
第三章 HVD系统动态特性研究  77-100
  3．1 HVD系统动态平衡方程  77-83
    3．1．1 电液比例控制阀的动态方程  77-78
    3．1．2 HVD系统动态平衡方程  78-83
  3．2 HVD系统传递函数  83-92
    3．2．1 油膜动态平衡方程的简化  83-87
    3．2．2 负载动态平衡方程  87-89
    3．2．3 输出转速传递函数  89-91
    3．2．4 输出扭矩传递函数  91-92
  3．3 HVD系统动态特性试验研究  92-94
  3．4 HVD系统开环稳定性分析  94-98
    3．4．1 开环转速稳定性分析  94-96
    3．4．2 开环扭矩稳定性分析  96-98
  3．5 本章小结  98-100
第四章 HVD装置摩擦副变形失效研究  100-118
  4．1 摩擦副温度场分析  100-107
    4．1．1 HVD装置摩擦副工况分析  100-101
    4．1．2 建立摩擦副热传导模型  101-104
    4．1．3 离散化方程  104-106
    4．1．4 非稳态温度场计算结果  106-107
  4．2 摩擦副热应力及变形分析  107-111
    4．2．1 对偶片热应力计算  107-109
    4．2．2 对偶片热变形形式分析  109-111
  4．3 摩擦副对偶片热变形试验研究  111-116
  4．4 本章小结  116-118
第五章 HVD装置开环稳态工作性能的研究  118-129
  5．1 电液控制系统对 HVD装置稳态开环转速平稳性影响的研究  118-124
    5．1．1 HVD装置液压系统工作原理  118-119
    5．1．2 转速调节阀对 HVD装置开环稳态转速平稳性影响的分析  119-120
    5．1．3 HVD电液控制系统对转速调节阀的特殊要求  120
    5．1．4 HVD电液控制系统专用转速调节阀的研究  120-122
    5．1．5 HVD专用转速调节阀工作性能的试验研究  122-123
    5．1．6 HVD装置开环稳态输出转速平稳性的试验研究  123-124
  5．2 润滑油对 HVD装置稳态开环转速平稳性影响的研究  124-128
    5．2．1 润滑油性能参数与 HVD装置工作性能的关系  124-125
    5．2．2 HVD装置对润滑油的特殊要求  125-126
    5．2．3 常用润滑油的种类及主要性能  126-127
    5．2．4 润滑油对 HVD装置工作性能影响的试验研究  127-128
  5．3 本章小结  128-129
第六章总结与展望  129-132
  6．1 研究总结  129-130
  6．2 本课题应继续研究的方向  130-132
附录  132-134
参考文献  134-139
攻读博士学位期间发表及录用的学术论文  139-140
致谢  140

液体粘性传动（HVD）技术的研究

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