回轉(zhuǎn)熱管磁粉離合器的散熱研究與測(cè)試分析

1、· 3 6 ·工程 設(shè)計(jì) ( K 鋤mu 州o n )1 9 9 7 ． 1離合 器， 散熱研究 ‘ ) 一斗 f回轉(zhuǎn)熱管磁粉離合器 的散熱研 究與測(cè)試分析 作 者 ：墨 Ra d i a t i n gHe a tS t u d ya n dTe s tAr m[ y s i so fMa g n e ~ cPa r Uc ~ c l u t c hwi t hR e v o l v i n gHe a tPi p

2、 e ．Ab s t r a c tI nt h i sp a p e rt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fc o o H n gme ~n so fma g n e t i cp a r t i c l ec l u t c h ( M PC) i sa n a l y s e d ． Re vo l vi n gh e a tp i p e ， an e w

3、k i ndo fr a d i a t i n gh e a tme t ho d ． i sp u tf o r wa r d． Th er a d i a t i n gh e a tt h e o r yo fr e v o l v i ngh e a tp i p e a n dt h ede si g r i i ngm e t h o d i sc x口 r e s s e d ． Th em o d e lm a

4、c h i n eh a sb e e nma d ea n dt h et ∞tr e s u l to fr a d i a t i n gh e a ta b i l i t yo ft h em o d e lm a c h i n ei sa n a l y s e d ． I ti sp r o v e dt h a tt h ea b i l i t yo fr a d i a t i n gh e a t o ft h

5、 ema c h i n ei si mp r o v e dma r k e d l ya n dt h ema c h i n eh a ss i m p l es t r u c t u r ea n dwe t 虹 r e l i a b l y ．摘要 本 文分析 了磁粉 離音 囂各 種冷卻 方式的利 弊． 提 出 了一 種全新的散熱形 式— — 回轉(zhuǎn)熱暫散 熱文中1 闡述 了回轉(zhuǎn)熱訾的散熱原 理和設(shè) 計(jì)計(jì)算 方法． 并對(duì)樣機(jī)

6、 的散熱 能力進(jìn)行 了測(cè)試 舟析， 這種散 熱方法使離奇器散 熱能力 ^幅度提 高， 且結(jié)構(gòu)苘單 工作可 靠刊 I j ； ， 牛7牛器的滑差功率 P為 P— M r ∞一 ∞ 2 jr W )( 1 )式 中 ：一 一傳動(dòng) 轉(zhuǎn)矩 ( N m) ．0 3一 一 主動(dòng)轉(zhuǎn)子角速度 ( r a d ／ s ) ，一 一 從動(dòng)轉(zhuǎn)子角速度 ( t a d ／ s )其滑差功將全部 轉(zhuǎn)化為熱． 為保證 離合 器正常工作．必須將 這 一熱量 有效

7、地 導(dǎo) 出．磁粉離合器 目 前常用的散熱方法有 自然冷卻 、 強(qiáng) 制風(fēng)冷和循環(huán)水冷卻．實(shí)踐證 明． 自 然冷卻散熱效率 太低． 強(qiáng)制風(fēng)冷 由于難 以直接冷卻工作間隙且需加裝 風(fēng)源設(shè)備， 因此效果不理想： 而循環(huán)水冷卻． 其密封結(jié) 構(gòu)復(fù)雜． 又易產(chǎn)生泄漏， 同時(shí)亦需要 附加 一套循環(huán)水 裝置 同樣難以滿足要求． 熱管技術(shù)的發(fā)展． 為解決磁 粉離合器的散熱 問(wèn)題提供了一條新的途徑． 熱管是一 種具有高導(dǎo)熱性能的傳熱元件， 其導(dǎo)熱效率是同樣

8、尺 寸銅棒導(dǎo)熱率的教百倍． 且結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單． 工作可靠． 體積 小 ．1引 言 2回轉(zhuǎn)熱 管型 磁粉 離合器的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì) 磁粉離合器是一種新型的基礎(chǔ)零部件， 由于它具 有 良好的控制特性． 因此在各工業(yè)領(lǐng)域， 尤其在緩沖 啟動(dòng)． 張力控制． 頻繁快速離合． 小幅度的無(wú)級(jí)變速等 使用工況下， 有廣闊的應(yīng)用前景．磁粉離合器經(jīng)常處 于滑差狀 態(tài)下工 作． 勢(shì)必造成發(fā)熱． 這將嚴(yán)重影響離 合器的工作性能和使用壽命， 因此有效地散熱是該類 離合器

9、的關(guān)鍵向題．圖 1 是磁粉離合器工作原理簡(jiǎn)圖在主動(dòng)轉(zhuǎn)子與 從動(dòng)轉(zhuǎn)子所形成的工作間隙中充填磁粉． 當(dāng)電流通過(guò) 激磁線罔時(shí)． 產(chǎn)生垂直于工作間隙的磁通， 磁粉被磁 化而沿磁通方向形成磁粉鏈． 產(chǎn)生的結(jié)合力將 主動(dòng)轉(zhuǎn) 子與從動(dòng)轉(zhuǎn)子聯(lián)接起來(lái)． 其聯(lián)接力的大小取決于線 圈激磁 電流． 因此只要調(diào) 節(jié)激磁 電流 的大小， 即可控制 離合器的工作狀態(tài)和聯(lián)接過(guò)程．在滑差狀態(tài)下． 離合 于 強(qiáng) 講師 工學(xué)學(xué)士． 山東經(jīng) 濟(jì)學(xué)院 工商管理 系， 2 5

10、0 0 1 {孟劍鋒 講師 工學(xué)碩士． 山東工業(yè) 大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院．2 5 0 0 6 l磁粉離合器的發(fā)熱熱源處在旋 轉(zhuǎn)狀 態(tài)的工 作 間隙中． 為防止磁粉泄漏 這一磁粉工作間隙是封閉的．要 采用熱管散熱． 必須使熱管盡 量接近 磁粉工作 間隙． 同時(shí)又要保證熱管 內(nèi)工作液順利 回流 以使熱管 實(shí)現(xiàn)有效的熱循環(huán)過(guò)程． 另外還要使熱管凝結(jié)段具有 良好的散熱條件． 可見(jiàn)， 常用的熱管結(jié)構(gòu)形式難以直 接 用于磁粉離合器 中． 為此我們采用

11、了一種特殊的結(jié) 構(gòu)型式—— 拐角形 回轉(zhuǎn)熱管．2 ． 1 拐 角形 回轉(zhuǎn)熱 管 所謂回轉(zhuǎn)熱管是指熱管軸線與回轉(zhuǎn)軸線相平行 的熱管， 拐角形是將熱管凝結(jié)段與蒸發(fā)段形成一定的 角度， 如圖 2 所示 熱管的蒸發(fā)段與 回轉(zhuǎn)軸線平行． 插 入主動(dòng)轉(zhuǎn)子的圓桶形壁 內(nèi)并隨主動(dòng)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)． 由于熱管靠近磁粉工作 間隙， 因此 可直接將熱量導(dǎo)出．熱管凝結(jié)段與回轉(zhuǎn)軸線形成一夾角 上回轉(zhuǎn)時(shí)在離心 力的作用下可保證冷凝后的工作液迅速 回流．另外．1 (

12、維普資訊 http://www.cqvip.com · 3 8·工程設(shè)計(jì) ( K o n s t r u k t i o n )1 9 9 7 ． 1乙 — — —一圖 4 回轉(zhuǎn) 熱管側(cè)面分布圖第一種是熱管中心線與離合器回轉(zhuǎn)軸線重合 偏心距 為零 其工作液沿管 壁圓周方 向均勻分布， 如圖 5所示， 這是旋轉(zhuǎn)熱管 工作液的分布狀態(tài) 第二種是偏 心距 不為零， 此時(shí)管 內(nèi)靠近離合器 回轉(zhuǎn)軸線一側(cè) 的工作液膜逐漸變

13、薄， 而另一側(cè)液膜逐漸增厚， 如圖 5 b所示．當(dāng)偏 心距繼續(xù)增大， 管內(nèi)靠近離合器 回轉(zhuǎn)軸線 的一側(cè)將發(fā)生干涸， 其干涸 區(qū)域隨偏心距 r 及轉(zhuǎn)速 的增大而擴(kuò)大 如圖 5 c 所示 這就是第三種狀態(tài)．本 文所采用的回轉(zhuǎn)熱管即屬于第三種狀態(tài)． 至于熱管凝 結(jié)段 基于同樣的原因． 也會(huì)發(fā)生類似 的情況． 即在熱 管凝結(jié)段 中， 工作液集中在遠(yuǎn) 離 回轉(zhuǎn)軸線一側(cè) 而另 一 側(cè) 會(huì) 出現(xiàn) 干涸 ．綜上所述， 回轉(zhuǎn)熱管在工作時(shí)， 會(huì)出現(xiàn)

14、工作液沿 管壁圓周 方向分布 不均 的現(xiàn)象， 一側(cè)有較厚 的液膜，而另一側(cè)則出現(xiàn)干涸． 但這一現(xiàn)象不會(huì)影響熱管的正常工作． 因?yàn)樵谡舭l(fā)段雖然 由于一側(cè)液膜增厚而增加熱阻 且干涸的一側(cè)還減小 了有效的蒸發(fā)面積， 但在 ．‘i |{凝結(jié)段 中， 由蒸發(fā)段流過(guò)來(lái)的蒸汽將直接在干涸一側(cè) 的表面上凝結(jié)， 從而減小了熱阻 在一定程度上彌補(bǔ) 了 蒸發(fā)段 熱阻 增大 所造 成 的影 響． 再者 ， 試 驗(yàn)證 明， 在 離合器殼體 內(nèi)， 凝結(jié)段的散

15、熱條件較差 凝結(jié)段的工 作狀態(tài)對(duì)熱管散熱影響更大 因此 回轉(zhuǎn)熱管管壁一側(cè) 雖出現(xiàn)干涸現(xiàn)象， 但不影響熱管 的熱傳導(dǎo)．3 ． 2 ． 2 管 內(nèi)I 作液 充填 量 充液量是 影響回轉(zhuǎn) 熱管正常工作的重 要因素之 一． 充液量由液相部分和汽相部分組成． 液相部分是 管 內(nèi)各段液膜所形成的工作液部分 而汽相部分是指 蒸汽空間內(nèi)蒸汽所 占有的那部分工作液． 當(dāng)轉(zhuǎn)速 和 傳熱量一定 時(shí)， 充液量過(guò) 多， 會(huì) 由于液膜增厚而增 加 傳熱熱阻：

16、 而充液量減少， 會(huì)增大蒸發(fā)段的干涸部分．理論上 的最佳充液量應(yīng)為液膜回流到蒸發(fā)段的同時(shí) 恰好被全部蒸發(fā)完畢． 根據(jù)本文所采用的拐角形 回轉(zhuǎn) 熱管這一特定結(jié)構(gòu)形式， 經(jīng)推算 我們提出了如下的 充液量計(jì)算公式， 該公式經(jīng)過(guò)對(duì)樣機(jī)的實(shí)測(cè)． 得到了驗(yàn)證 ．在凝結(jié)段 內(nèi)可 依據(jù) N u s s e l t 層流膜狀 凝結(jié)理 論 來(lái)計(jì)算液膜厚度． 由圖 6 所規(guī)定的—座標(biāo)系， 可得 出凝結(jié)段內(nèi)液膜厚度 與 的關(guān)系式 5。 r佃 ‘。f麗

17、 五一 √門 ， sr m)( 2 )式中：——工作液密度 ( k g ／ m) ，。 】 —— 角速 度 ( t a d ／ s ) ．— — 工作液導(dǎo)熱 系數(shù) ( W／ m K )— — 飽和蒸汽溫度與熱管 內(nèi)壁溫度差 ( K ) ，— — 熱擴(kuò) 散率 ( m／ s ) ．m—— 工 作液粘 度 ( P a s ) ．|’～管童 工質(zhì) 同轉(zhuǎn)中心 管童 工質(zhì) 圓轉(zhuǎn)中心 口5圖 5 回轉(zhuǎn)熱管工 作液 的分布 ．瞥童 工質(zhì) 圓轉(zhuǎn)中