形狀記憶合金汽車風(fēng)扇離合器的研究.pdf

1、風(fēng)扇離合器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系的重要組成部分,其性能優(yōu)劣對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻散熱有重大影響。本文針對(duì)電子硅油汽車風(fēng)扇離合器和磁流變(Magneto-Rheology, MR)風(fēng)扇離合器普遍存在的不能根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)熱狀況智能調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,高溫下轉(zhuǎn)矩傳遞能力差,硅油易泄露,磁流變液(Magneto-Rheological Fluid, MRF)易變質(zhì),勵(lì)磁線圈需要外加電源等缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種新型智能風(fēng)扇離合器,采用形狀記憶合金(Shape Memor

2、y Alloys, SMA)驅(qū)動(dòng),風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)力矩可隨溫度變化進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié),從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié)。此外,如離合器采用偏置式 SMA彈簧雙程驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)彈簧和偏置彈簧一旦確定,則驅(qū)動(dòng)器的工作溫度就無法改變。針對(duì)這一缺點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種通過調(diào)節(jié)偏壓力來改變工作溫度的可調(diào)偏置式 SMA雙程驅(qū)動(dòng)器。風(fēng)扇離合器采用可調(diào)偏置式 SMA驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)單元,具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,能夠感知溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速,SMA驅(qū)動(dòng)器響應(yīng)溫度可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于改善發(fā)動(dòng)機(jī)

3、熱狀況,提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能,減低冷卻風(fēng)扇功率消耗,汽車節(jié)能減排等具有十分重要的意義。本文共分為六章,各章的研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一章,闡述本課題的研究意義。首先對(duì)比三種風(fēng)扇離合器的特點(diǎn)并作比較;其次綜述了風(fēng)扇離合器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;最后介紹了SMA的形狀記憶效應(yīng)和超彈性等特性,以引出本文的研究?jī)?nèi)容和難點(diǎn)。
　　第二章,發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系的傳熱分析和計(jì)算。以某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和水冷系統(tǒng)為例,計(jì)算發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系散熱量,冷卻風(fēng)量等參數(shù);進(jìn)行風(fēng)扇選型

4、和風(fēng)扇轉(zhuǎn)矩、功率計(jì)算,并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系進(jìn)行校核,最后介紹發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇調(diào)速技術(shù)。
　　第三章,風(fēng)扇離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)冷卻系傳熱分析結(jié)果計(jì)算風(fēng)扇離合器轉(zhuǎn)矩容量,確定風(fēng)扇離合器結(jié)構(gòu)形式;建立風(fēng)扇離合器轉(zhuǎn)矩傳遞模型,確定風(fēng)扇離合器摩擦盤尺寸、材料以及驅(qū)動(dòng)彈簧布置形式;利用單程記憶效應(yīng)彈簧和偏置彈簧組合,設(shè)計(jì)了一種可調(diào)偏置式雙程SMA驅(qū)動(dòng)器,基于Brinson一維本構(gòu)模型得到SMA彈簧理論模型,并結(jié)合彈簧受力變形分析設(shè)計(jì)了SMA彈簧和偏

5、置彈簧。完成各部分零件設(shè)計(jì)和裝配,并完成樣機(jī)制作加工。
　　第四章,風(fēng)扇離合器模態(tài)分析。介紹了有限元軟件ANSYS Workbench和模態(tài)分析理論,以及模態(tài)分析流程;進(jìn)行模態(tài)分析前處理,建立有限元模型,進(jìn)行材料、接觸條件、約束設(shè)置,進(jìn)行網(wǎng)格劃分;采用通用后處理自動(dòng)求解前十階模態(tài)固有頻率和振型,分析振型表現(xiàn)形式和影響;對(duì)比模態(tài)分析結(jié)果,驗(yàn)證風(fēng)扇離合器在發(fā)動(dòng)機(jī)激勵(lì)頻率下的共振特性。
　　第五章,風(fēng)扇離合器性能研究。推導(dǎo)了驅(qū)動(dòng)力