关键词:
储能飞轮
离合器
模态分析
热流密度
热结构耦合
摘要:
高储能大扭矩试验台是用于某大型吸能装置性能测试和可靠性试验的重要试验设备,其中储能飞轮和圆锥式摩擦离合器是该试验台的关键部件。该试验台能够验证几种串联吸能装置的最大工作能力,摸清串联吸能装置在瞬态大扭矩工况下的工作特性,进行可靠性试验。由于试验台的储能以及传递扭矩的能量巨大,给设计和使用带来了一系列的难题,本文对试验台的功能需求进行了深入的分析,研究出了具体可行的方案,通过大型有限元软件仿真分析予以验证。本文介绍了高储能大扭矩试验台的工作特点及其关键部件储能飞轮和离合器的国内外发展现状,根据该试验台工作特点与性能要求,确定试验台总体方案。在充分考虑试验台工作环境、应用条件基础上,恰当选取材料,合理设计试验台的关键部件,完成了方案研究。通过研究飞轮的结构形式,给出一种新的飞轮结构形式,通过更换轮缘处可拆卸的惯量圈实现储能飞轮的转动惯量可变目的。针对摩擦离合器工作时磨屑的排出和空气对流散热,给出了圆锥式摩擦离合器开槽扩孔的结构形式。利用ANSYS软件对飞轮和离合器进行相关静力学分析,验证设计的合理性。圆锥式摩擦离合器接合过程中,主、从动盘相对滑动而产生大量的摩擦热,会导致摩擦盘面温度急剧升高,产生热应力容易造成离合器烧蚀损坏。因此,有必要对离合器摩擦生热产生的瞬态温升和热应力进行分析,验证离合器设计的合理性。本文建立了摩擦离合器的三维有限元模型,给出热流密度数学模型,合理设置热流密度边界条件,运用ANSYS有限元软件对离合器摩擦副进行瞬态热-结构耦合分析,得到离合器摩擦盘的三维温度场,通过顺序耦合法得到热变形和热应力场,对热温升和热应力分布规律进行了分析研究。