液黏测功机带排扭矩的有效利用

液黏测功机是测量动力机械的功率特性使用的加载设备.工作时通常先通入润滑油,当主动轴以一定转速旋转时,即使不加控制压力,测功机主轴上也会产生阻力矩,即所谓带排扭矩.前人的研究中都将带排扭矩视为黏性传动的不利因素[1-2],认为带排扭矩的存在使得测功机的输入轴最小可调扭矩受到限制,进而也减小了测功机的测功范围,同时也造成了能量的浪费,故而对液黏测功机乃至整个液体黏性传动产品都要求尽量减小带排扭矩.为扩大测功范围,作者研究带排扭矩可否被有效利用.

1　带排扭矩的产生原因

①工作油的存在.总的来说,引起带排扭矩的原因很多,但最根本的原因则是工作油的存在.测功机运行时,工作油是无时不在的,它起到传递动力、润滑零部件、散热冷却、使摩擦片分离和排屑等诸多作用.也正是因为存在工作油,必然会存在着油膜和润滑冷却油压,由牛顿内摩擦定律可知,也必然存在由油膜剪切作用产生的阻力矩,此时尽管控制电流为零,活塞没有加载,在装置中仍然存在着一定大小的阻力矩.

②润滑油压的影响.润滑冷却油压对带排扭矩影响很大,如果润滑冷却油压很高,即使摩擦片能够彻底、均匀地分离,也会产生很大的带排扭矩.润滑冷却油压越高,带排扭矩越大.而冷却油压随着润滑油流量的增大而增加.

③摩擦片分离不彻底.当控制电流为零时,两摩擦片由于分离不彻底而产生带排扭矩,一般来说,当每相邻两摩擦片之间的最大间隙hmax达到0·5 ~1·0 mm时,认为摩擦片已分离彻底.分离不彻底的原因主要是活塞回位不彻底造成的.

④摩擦片分离不均匀.当控制电流为零时,摩擦片在润滑冷却油压的作用下确实分开了,但分离得不均匀,两个摩擦片之间间隙有的很大,有的却很小;或摩擦片有的直立,有的偏斜,毫无规律,也会产生带排扭矩.

为此,前人的研究都将带排扭矩视为测功机的主要缺陷[1,3],要求尽量减小带排扭矩,主要原因为:油膜剪切产生了不必要的热量,消耗了能量;在不加控制信号时不能实现零输出,存在最小不可控输出转矩区;带排扭矩使液黏测功机输出转矩无法覆盖某些高速小载荷工况.

2　带排扭矩的计算

假定摩擦片均匀地弹开,活塞完全回位,即所有的分离间隙h均相等,同时忽略轴承和密封等摩擦损失,有n个摩擦副的液黏测功机的最小带排扭矩为[1]

式中:μ为润滑油的动力黏度;ω为主动摩擦片的角速度;h为主、从动摩擦片的最大分离间隙,在此也可视为油膜厚度;R1为主、从动摩擦片的接触面内径;R2为主、从动摩擦片的接触面外径;n为摩擦片组数.

工程上通常用式(1)计算液黏测功机的空载带排扭矩.当测功机结构参数一定时,R1,R2,h都为定值,同时当采用的润滑油型号一定时,μ也基本恒定,故空载带排扭矩为定值;同时从式(1)可看出,测功机的空载带排扭矩与润滑油流量无关.然而文献[1]中实验数据证明:当不施加控制油压时,流量大,相应产生的带排扭矩较大;反之,带排扭矩小.这说明带排扭矩与润滑油流量有一定关系,故式(1)不能完全反映带排扭矩的真实情况,为此需对带排扭矩进一步探讨.