Thermoelastic analysis of multi-disc clutches using finite element method

• Autorzy: Abdullah O. I. , Al-Sahb W. A. , Al-Shabibi A. M.

Warianty tytułu

PL

Analiza termosprężysta sprzęgła wielotarczowego za pomocą metody elementu skończonego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The high thermal stresses generated between the contacting surfaces of a multidisc clutch system (pressure plate, clutch discs, plate separators, and piston) due to the frictional heating generated during slipping are considered to be one of the main reasons for clutch failure related to contact surfaces. A finite element technique has been used to study the transient thermoelastic phenomena of a multi-disc dry clutch. The results present the contact pressure distribution, the temperature evaluation, and the heat flux generated along the frictional surfaces. Analysis has been completed using two-dimensional axisymmetric model to simulate the multi-disc clutch. ANSYS software has been used to perform the numerical calculation in this paper.

PL

Wysokie naprężenia cieplne generowane między stykającymi się powierzchniami systemu sprzęgła wielotarczowego (tarcza dociskowa stała, tarcze sprzęgłowe, tarcze rozdzielające, tarcza dociskowa ruchoma) w wyniku tarcia ślizgowego są uważane za jedną z głównych przyczyn uszkodzeń powierzchni stykowych sprzęgła. Do badania nieustalonych przebiegów termosprężystych w suchym sprzęgle wielotarczowym zastosowano metodę elementu skończonego (MES). Wyniki przedstawiają rozkład nacisków stykowych, ocenę temperatury i strumienia ciepła generowanego na powierzchniach ciernych. Analizę przeprowadzono z zastosowaniem dwuwymiarowego modelu osiowosymetrycznego symulującego sprzęgło wielotarczowe. Użyto oprogramowania ANSYS do przeprowadzenia obliczeń numerycznych w niniejszej pracy.

Słowa kluczowe

EN

dry friction; Multi-disc clutch; FEM; thermoelastic behaviour; temperature field

PL

tarcie suche; sprzęgło wielotarczowe; MES; zachowanie termosprężyste; pole temperatury

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 5
• Strony: 9--24
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Abdullah O. I.

• Department of System Technologies and Mechanical Design Methodology Hamburg University of Technology, Germany

autor

Al-Sahb W. A.

• Department of Mechanical Eng. / College of Eng. / University of Baghdad, Iraq

autor

Al-Shabibi A. M.

• Department of Mechanical and Industrial Eng. / College of Eng. / Sultan Qaboos University, Oman

Bibliografia

• 1. Al-Shabibi A.M., Barber J.R.: “Transient Solution of the Unperturbed Thermoelastic Contact Problem”, Journal of Thermal Stresses Vol. 32, Issue 3, 2009, pp. 226–243.
• 2. Ivanović V., Herold Z., Deur J.: “Experimental Characterization of Wet Clutch Friction Behaviors Including Thermal Dynamics”, SAE International Journal of Engines 2009 vol. 2 no. 1, pp. 1211–1220.
• 3. Zagrodzki P.: “Thermoelastic instability in friction clutches and brakes- Transient modal analysis revealing mechanisms of excitation of unstable modes”, Int. J. of Solids and Structures, Vol. 46, 2009, pp. 2463–2476.
• 4. Jang J.Y., Khonsari M.M.: “On the Growth Rate of Thermoelastic Instability”, Transactions of the ASME, Vol. 126, 2004, pp. 50–55.
• 5. Jin-Le Zhang, Biao Ma, Ying-Feng Zhang and He-Yan Li: “Simulation and Experimental Studies on the Temperature Field of a Wet Shift Clutch during one Engagement”, Int. Conf. of Computational Intelligence and Software Eng. (CiSE) 2009 IEEE, 2009.
• 6. Howon Seo, Chunhua Zheng, Wonsik Lim, Suk Won Cha, Sangchull Han: ”The results have shown a good agreement with the experimental work”, Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2011 IEEE.
• 7. Czél B., Váradi K., Albers A., Mitariu M.: ‘Fe thermal analysis of a ceramic clutch’, Tribology International 45, pp. 714–723 (2009).
• 8. Oday I.A., Schlattmann J.: The Effect of Disc Radius on Heat Flux and Temperature Distribution in Friction Clutches, J. Advanced Materials Research, Vol. 505, pp. 154–164, 2012.
• 9. Abdullah O.I., Schlattmann J.: Finite Element Analysis of Dry Friction Clutch with Radial and Circumferential Grooves, Proceeding of World Academy of Science, Engineering and Technology Conference, Paris, pp. 1279–1291, 2012.
• 10. Abdullah O.I., Schlattmann J.: Effect of Band Contact on the Temperature Distribution for Dry Friction Clutch, Proceeding of World Academy of Science, Engineering and Technology Conference, Berlin, pp. 167–177, 2012.
• 11. Oday I.A., Schlattmann J.: The Correction Factor for Rate of Energy Generated in the Friction Clutches under Uniform Pressure Condition, J. Adv. Theor. Appl. Mech., Vol. 5, no. 6, pp. 277–290, 2012.
• 12. Abdullah O.I., Schlattmann J.: Finite Element Analysis of Temperature Field in Automotive Dry Friction Clutch, J. Tribology in Industry, Vol. 34, No. 4, pp. 206–216, 2012.
• 13. ANSYS Contact Technology Guide, ANSYS Release 11.0 Documentation, ANSYS, Inc.
• 14. http://www.kfz-tech.de.
• 15. Becker A.A.: The Boundary Element Method in Engineering, McGraw-Hill, New York, 1992.
• 16. Zagrodzki P.: Analysis of thermomechanical phenomena in multi-disc clutches and brakes, Wear 140 (1990) 291–308.