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专利号: 2024119395730
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于热阻网络的适时分动器空载模式热状态估计方法,其特征在于包括以下步骤:S1:获取车辆的工况参数与适时分动器的结构参数;

S2:基于车辆的工况参数与适时分动器的结构参数,根据摩擦特性,计算旋转部件的粘性功率和接触摩擦功率,得到浸油部件搅油损失和机械接触摩擦损失,从而建立适时分动器的产热功率模型;

S3:根据适时分动器内部润滑油的流速分布特征,将壳体划分为不同的流固对流传热区域,不同流固对流传热区域均包含壳体内表面与壳体外表面;

针对不同旋转部件与壳体的流固对流传热区域,分别建立旋转部件与润滑油的流固传热模型、润滑油与壳体的流固传热模型、壳体与空气的流固传热模型;

S4:基于浸油部件搅油损失和机械接触摩擦损失,分析适时分动器的产热特征,基于旋转部件与润滑油、润滑油与壳体、壳体与空气的流固传热模型分析适时分动器各个元件的散热特征,通过热平衡原理,以各元件为等温节点利用集总参数法建立出适时分动器的热阻网络模型,并用热平衡方程呈现;

S5:结合热阻网络模型各节点初始温度与仿真步长,及适时分动器上一时刻温度状态,量化一个时间步长下热阻网络模型中各节点之间的能量流动值,以求解适时分动器当前时刻各节点温度值。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述适时分动器结构参数包括轴承、链轮、链板、轴与壳体的尺寸及物性参数和润滑油的体积及物性参数;

所述搅油损失包括:旋转部件与润滑油剪切的功率损失;

所述机械接触摩擦损失包括:链传动机构机械接触摩擦损失和轴承摩擦功率损失。

3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述适时分动器的产热功率模型包括计算浸油部件搅油损失表达式和计算机械接触摩擦损失表达式;

所述计算浸油部件搅油损失表达式如下:

PD=FDv

其中,PD为浸油部件搅油损失功率,FD为润滑油的剪切力,v是润滑油主体的流动速度;

所述链传动机构机械接触摩擦损失表达式如下:

Pg=μNvB

其中,Pg为机械接触摩擦损失功率,μ为链轮与链板的啮合动摩擦系数,N为链板与链轮接触点的法向力,vB为链轮与链板在接触点的相对滑动速度;

所述轴承摩擦功率损失表达式如下:

Ps2=f2Fdmω;

其中,Ps1为受旋转速度和润滑状态影响的粘滞功率损失,Ps2为受载荷影响的负载功率损失,f1为与轴承类型和润滑状态有关的系数;n为轴承转速;dm为轴承节圆直径;f2为与轴承类型和载荷有关的系数;F为轴承的当量动载荷。

4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旋转部件与润滑油的流固传热模型包括轴承与润滑油流固传热模型、链传动机构与润滑油流固传热模型、光轴与润滑油的流固传热模型。

5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述流固传热模型通过对流传热系数进行表征,其中轴承与润滑油对流传热系数为:其中:λo为润滑油导热系数;C为内圈与保持架表面的径向间隙,当计算内圈与润滑油的对流传热时,R取ri;当计算外圈的对流传热时,R取ro;

链传动机构与润滑油流固传热模型通过搅油链轮的对流传热系数和非搅油链轮对流传热系数进行表征;

所述搅油链轮端面的对流传热系数在润滑油层流、过渡层流、湍流状态下的表征为:其中:Rg是链轮端面浸油区域的平均半径;Pro、Reo分别是链轮端面润滑油的普朗特数和雷诺数;

非搅油链轮通常是以润滑油的飞溅而实现冷却,对流传热系数的试验关联式用以下公式表示:其中,hgou为非搅油链轮的对流传热系数;

所述光轴与润滑油、搅油链轮的圆周面与润滑油的流固传热模型可通过统一的对流传热系数表征,具体公式如下:其中:hgoy为圆柱圆周面的对流传热系数,Rgw是等效圆柱的外径。

6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,润滑油与壳体的流固传热模型的对流传热系数用以下公式表示:其中:hoh为润滑油与壳体内表面之间的对流传热系数,l是润滑油在壳体内壁流动的特征长度。

7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述壳体与空气的流固传热模型的自然对流传热系数用以下公式表示:其中:g为重力加速度;αv为体胀系数;ΔT为流固温差;ρa为空气密度,νa为空气粘度、ca为空气比热容。

所述壳体与空气的流固传热模型的强制对流传热系数公式和润滑油与壳体的对流传热系数公式相同。

8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述适时分动器的热阻网络模型可根据热平衡方程构建,所述热阻网络的表达式包括轴承网络节点的热状态方程、链传动网络节点的热状态方程、润滑油网络节点的热状态方程和壳体网络节点的热状态方程;

轴承网络节点的热状态方程用以下方程表示:

其中,ρs为轴承的密度,Vs为轴承的体积,cs为轴承的比热容,Ts为轴承的温度;

链传动网络节点的热状态方程用以下方程表示:

其中,ρg为链的密度,Vg为链的体积,cg为链的比热容,Tg为链的温度;

润滑油网络节点的热状态方程用以下方程表示:

其中,ρo为润滑油的密度,Vo为润滑油的体积,co为润滑油的比热容,To为润滑油的温度;

壳体网络节点的热状态方程用以下方程表示:

其中,ρh为壳体的密度,Vh为壳体的体积,ch为壳体的比热容,Th为壳体的温度。

9.一种基于热阻网络的适时分动器空载模式热状态估计装置,其特征在于包括:获取模块:用于获取车辆的工况参数与适时分动器的结构参数,建立模块I:基于车辆的工况参数与适时分动器的结构参数,根据摩擦特性,计算旋转部件的粘性功率和接触摩擦功率,得到浸油部件搅油损失和机械接触摩擦损失,从而建立适时分动器的产热功率模型;

建立模块II:根据适时分动器内部润滑油的流速分布特征,将壳体划分为不同的流固对流传热区域,不同流固对流传热区域均包含壳体内表面、壳体外表面;针对不同旋转部件与壳体的流固对流传热区域,分别建立旋转部件与润滑油的流固传热模型、润滑油与壳体的流固传热模型、壳体与空气的流固传热模型;

建立模块III:基于浸油部件搅油损失和机械接触摩擦损失,分析适时分动器的产热特征,基于旋转部件与润滑油、润滑油与壳体、壳体与空气的流固传热模型结合适时分动器各个元件的散热特征分析,通过热平衡原理,以各元件为等温节点利用集总参数法建立出适时分动器的热阻网络模型,并用热平衡方程呈现;

求解模块:结合热阻网络模型各节点初始温度与仿真步长,及适时分动器上一时刻温度状态,量化一个时间步长下热阻网络模型中各节点之间的能量流动值,以求解适时分动器当前时刻各节点温度值。

10.一种车辆,其特征在于,所述车辆的适时分动器采用权利要求1至8中任意一项所述的一种基于热阻网络的适时分动器空载模式热状态估计方法。