形狀記憶合金汽車風扇離合器的研究.pdf

1、風扇離合器是汽車發(fā)動機冷卻系的重要組成部分,其性能優(yōu)劣對于發(fā)動機冷卻散熱有重大影響。本文針對電子硅油汽車風扇離合器和磁流變(Magneto-Rheology, MR)風扇離合器普遍存在的不能根據(jù)發(fā)動機熱狀況智能調(diào)節(jié)冷卻風扇轉(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),勵磁線圈需要外加電源等缺點,設計了一種新型智能風扇離合器,采用形狀記憶合金(Shape Memor

2、y Alloys, SMA)驅(qū)動,風扇驅(qū)動力矩可隨溫度變化進行自動調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)風扇轉(zhuǎn)速的自動調(diào)節(jié)。此外,如離合器采用偏置式 SMA彈簧雙程驅(qū)動器,驅(qū)動彈簧和偏置彈簧一旦確定,則驅(qū)動器的工作溫度就無法改變。針對這一缺點,設計了一種通過調(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)動器。風扇離合器采用可調(diào)偏置式 SMA驅(qū)動器作為驅(qū)動單元,具有結構簡單,能夠感知溫度變化自動調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速,SMA驅(qū)動器響應溫度可以調(diào)節(jié)等優(yōu)點,對于改善發(fā)動機

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

4、和風扇轉(zhuǎn)矩、功率計算,并對發(fā)動機冷卻系進行校核,最后介紹發(fā)動機冷卻風扇調(diào)速技術。
　　第三章,風扇離合器結構設計。根據(jù)冷卻系傳熱分析結果計算風扇離合器轉(zhuǎn)矩容量,確定風扇離合器結構形式;建立風扇離合器轉(zhuǎn)矩傳遞模型,確定風扇離合器摩擦盤尺寸、材料以及驅(qū)動彈簧布置形式;利用單程記憶效應彈簧和偏置彈簧組合,設計了一種可調(diào)偏置式雙程SMA驅(qū)動器,基于Brinson一維本構模型得到SMA彈簧理論模型,并結合彈簧受力變形分析設計了SMA彈簧和偏

5、置彈簧。完成各部分零件設計和裝配,并完成樣機制作加工。
　　第四章,風扇離合器模態(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;進行模態(tài)分析前處理,建立有限元模型,進行材料、接觸條件、約束設置,進行網(wǎng)格劃分;采用通用后處理自動求解前十階模態(tài)固有頻率和振型,分析振型表現(xiàn)形式和影響;對比模態(tài)分析結果,驗證風扇離合器在發(fā)動機激勵頻率下的共振特性。
　　第五章,風扇離合器性能研究。推導了驅(qū)動力