Хорошим примером того, насколько сложными являются проблемы моделирования в 21-м веке, является эластогидродинамическая (EHD) смазка. EHD описывает связь между гидродинамикой и упругой деформацией двух тел качения. Если учитывать тепловые эффекты, говорят о термо-ЭГД (TEHD). Толщина смазочной пленки составляет порядка микрометров и менее, но достаточна для обеспечения низкого трения и износа.
Проектируйте смазанные контакты как требуется
Детальное понимание механизмов контактов TEHD помогает улучшить плотность мощности, эффективность и поведение NVH систем привода. Ключевым моментом является необходимость разработки смазочных контактов в элементах машины, основанная на потребностях, и сама смазка как элемент машины. Многофизическое моделирование и симуляция контактов TEHD является ценным подходом для существенного решения такой проблемы.
Картинная галерея
Слишком маленький, чтобы измерить
При наличии смазочных пленок и деформаций тел качения в диапазоне микрометров и ниже измерение в контактах TEHD с использованием датчиков чрезвычайно затруднено. «Толщина смазывающей пленки между двумя боковыми сторонами зуба находится в пределах одного микрометра, что соответствует примерно одной сотой диаметра человеческого волоса. Типичное давление Герца до 2 ГПа соответствует примерно 30 автомобилям на поверхности эскиза », - объясняет Томас Лонер, руководитель отдела трибологических контактов EHD и эффективности Исследовательского центра по редуктору и трансмиссии (FZG) в Техническом университете Мюнхена (TUM).
TEHD-моделирование - это связанная многофизическая проблема
С помощью численного моделирования инженеры могут проектировать контакты TEHD для получения подходящих комбинаций поверхности зубчатой передачи и смазки. Сложность состоит в том, что TEHD-моделирование представляет собой связанную мультифизическую проблему. Смазка представляет собой жидкость, поэтому модель требует моделирования потока (CFD), для которого часто используется обобщенное уравнение Рейнольдса. Смазочные свойства, такие как вязкость, сильно зависят от давления и температуры. Кроме того, поведение потока смазочного материала становится нелинейным при высоких скоростях сдвига. Тепло контакта генерируется путем сдвига и сжатия внутри тонкой смазочной пленки и рассеивается конвекцией и теплопроводностью. Изменения температуры влияют на свойства смазки, которые влияют на гидродинамику,упругая деформация и, следовательно, в свою очередь может влиять на развитие тепла. Каждый размер влияет на другой, что приводит к сильно нелинейной проблеме.
Дополнительная информация по теме от Томаса Лонера, ТУ Мюнхен
«Для того, кто начинает работать над очень сложными системами, практически невозможно сразу решить всю проблему. Вы должны скорректировать свою задачу, чтобы максимально упростить ее на первом этапе.
На первом этапе мы соединили уравнение Рейнольдса с линейным уравнением упругости, в результате чего тепловые эффекты изначально игнорировались.
Затем мы приступили к добавлению дополнительных влияний шаг за шагом. Вы должны идти шаг за шагом. Каждый из этих шагов должен быть тщательно выверен ».
От бумаги к модели для приложения
Лонер и его команда разработали приложение, основанное на решении, опубликованном коллегой профессором Вассимом Хабчи из Ливанско-американского университета, Библос, Ливан. Однако публикация не является рабочим кодом, который может делать прогнозы о контакте THED. «Мы внедрили метод решения в программное обеспечение Comsol Multiphysics», - объясняет Лонер. «Это позволило нам определить обобщенное уравнение Рейнольдса и связать его с другими величинами для создания нашей модели TEHD», - сказал он. «Простое сочетание различных законов и уравнений является неотъемлемой частью Comsol».
Функциональное приложение моделирования без подробных знаний
Основным преимуществом использования программного обеспечения является возможность выбирать физику, добавлять пользовательские уравнения, а затем соединять их вместе, чтобы создать работающее приложение без необходимости разбираться со всеми доступными методами численного решения. Вместо этого можно сосредоточиться на аспектах моделирования. Для расчета толщины пленки давления и смазочной жидкости исследователи использовали интерфейс PDE со слабой границей формы, чтобы ввести обобщенное уравнение Рейнольдса.
Программное обеспечение Comsol предлагает предопределенные шаблоны
Для расчета температуры исследователи в основном использовали предопределенные интерфейсы, доступные в программном обеспечении. Лонер и его команда разработали приложение для моделирования под названием «Tribo Mesh», которое упрощает их работу в исследовательском центре в отношении моделирования. Для этого использовался инструмент Application Builder, включенный в программное обеспечение. Несколько коллег уже используют приложение моделирования. Приложение постоянно разрабатывается, и в будущем его также можно будет сделать доступным через продукт Comsol Server, который можно использовать для запуска приложений через веб-браузер.
Пользователь встречает промышленные редукторы Как механический компонент, редуктор является элементарным элементом в трансмиссии. Как правильно выбрать коробку передач и как интеграция работает без ошибок, показано на нашей встрече с промышленными коробками передач.
Дополнительная информация: встреча пользователей промышленных редукторов
Приложение подтверждает гипотезы
Применение приложения помогло понять, как алмазоподобное углеродное покрытие (DLC) повышает эффективность зубчатых колес. «Мы провели стендовые испытания, которые показали, что коэффициент трения для зубчатых колес с покрытием DLC значительно ниже, чем для зубчатых колес без покрытия, даже с отдельными поверхностями», - объясняет Лонер. Но почему? Покрытие было на боку зуба, так как это может повлиять на смазку?
Исследование с приложением показало, что покрытие DLC сохраняет тепло в контакте TEHD, снижает вязкость смазки и уменьшает трение. «Покрытие DLC обеспечивает эффект теплоизоляции, и без моделирования мы не смогли бы полностью подтвердить наши гипотезы. Мы получили детальное представление о тепловых потоках и вытекающих свойствах смазки », - сказал Лонер.
Книга «Практическое руководство по проектированию привода» помогает в выборе основных компонентов систем электропривода: двигателя, коробки передач, привода, сетевого питания и их дополнительных компонентов. Расчет также ведется интенсивно.