Μοντελοποίηση, σχεδιασμός και βελτιστοποίηση πολύδισκων συμπλεκτών υγρής τριβής

Ρόγκας, Νικόλαος; Rogkas, Nikolaos

dc.contributor.author	Ρόγκας, Νικόλαος	el
dc.contributor.author	Rogkas, Nikolaos	en
dc.date.accessioned	2023-09-25T09:24:57Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58080
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.25777
dc.rights	Default License
dc.subject	Συμπλέκτης υγρής τριβής	el
dc.subject	Τριβολογία	el
dc.subject	Λίπανση	el
dc.subject	Συστήματα μετάδοσης κίνησης	el
dc.subject	wet friction clutch	en
dc.subject	power transmission systems	en
dc.subject	Tribology	en
dc.subject	Lubrication	en
dc.title	Μοντελοποίηση, σχεδιασμός και βελτιστοποίηση πολύδισκων συμπλεκτών υγρής τριβής	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Τριβολογία	el
heal.classification	Στοιχεία Μηχανών	el
heal.dateAvailable	2024-09-24T21:00:00Z
heal.language	el
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-05-08
heal.abstract	Αντικείμενο της Διδακτορικής Διατριβής είναι η μοντελοποίηση, ο σχεδιασμός και η βελτιστοποίηση πολύδισκων συμπλεκτών υγρής τριβής. Ο πολύδισκος υγρός συμπλέκτης είναι ένα στοιχείο μηχανής που μεταφέρει την κίνηση δια περιστροφής μέσω δυνάμεων τριβής και βρίσκει εφαρμογή σε πολλά προηγμένα συστήματα μετάδοσης ισχύος. Η διατριβή στοχεύει να προτείνει νέες, πιο ακριβείς προσεγγίσεις μοντελοποίησης και προσομοίωσης του συμπλέκτη που οδηγούν στην πρόβλεψη σημαντικών λειτουργικών χαρακτηριστικών και δεν έχουν έως τώρα διερευνηθεί στη βιβλιογραφία. Επιπλέον εξετάζεται η επίδραση παραμέτρων λειτουργίας που έχουν μέχρι τώρα εξεταστεί ανεπαρκώς αλλά, όπως αποδεικνύεται, επηρεάζουν σημαντικά την απόδοση του συμπλέκτη. Για να επιτευχθεί αυτό, εξετάζονται ταυτόχρονα οι δύο φάσεις λειτουργίας· η φάση της σύμπλεξης όπου μεταφέρεται η απαιτούμενη ροπή και η κατάσταση της ανοικτής λειτουργίας όπου ο συμπλέκτης δρα ως πηγή απωλειών ισχύος για το σύστημα μετάδοσης κίνησης λόγω της ροής του λιπαντικού. Η μοντελοποίηση γίνεται ξεχωριστά για κάθε περίπτωση εξαιτίας των διαφορετικών χαρακτηριστικών λειτουργίας. Στη φάση της σύμπλεξης αναπτύσσονται αναλυτικά και αριθμητικά μοντέλα ροής τα οποία συζεύγνυνται με τις δυναμικές εξισώσεις ισορροπίας ροπών και δυνάμεων για το σύστημα των δίσκων. Για τη μοντελοποίηση του φιλμ του λιπαντικού χρησιμοποιούνται αναλυτικά μοντέλα λίπανσης, μοντέλα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ενώ αναπτύσσεται επίσης ένα αποδοτικό μοντέλο επίλυσης της εξίσωσης Reynolds. Για την τελευταία περίπτωση εισάγεται μια νέα μεθοδολογία επίλυσης του συστήματος των εξισώσεων θεωρώντας ταυτόχρονα μη-μόνιμη και ψευδο-στατική κατάσταση με στόχο τον ακριβή υπολογισμό των χαρακτηριστικών της ροής στην υδροδυναμική φάση της σύμπλεξης όπου η επιτάχυνση του συστήματος είναι υψηλή και τη μείωση του υπολογιστικού κόστους κατά το στάδιο της επαφής όπου η απόκριση είναι σημαντικά πιο αργή. Αποδεικνύεται ότι αυτή η προσέγγιση μπορεί να οδηγήσει στην πρόβλεψη της σημαντικής υπερακόντισης στην δύναμη (1 έως 4 φορές τη δύναμη του επενεργητή) που οφείλεται στο υδροδυναμικό φαινόμενο και που έχει πρόσφατα παρατηρηθεί σε καταγεγραμμένα πειράματα στη βιβλιογραφία. Από την άλλη πλευρά, η ανοικτή λειτουργία του συμπλέκτη αντιμετωπίζεται ως μία χρονικά μόνιμη κατάσταση όπου βασικός στόχος είναι ο υπολογισμός της ροπής απωλειών (drag torque) συναρτήσει της ταχύτητας περιστροφής. Σημαντικό χαρακτηριστικό σε αυτή την περίπτωση αποτελεί η ανάπτυξη υποπίεσης στην εξωτερική ακτίνα του δίσκου για συγκεκριμένες συνθήκες λειτουργίας οδηγώντας έτσι στην αναρρόφηση αέρα και στη διφασική ροή αέρα-λιπαντικού με αποτέλεσμα την ακαριαία πτώση της ροπής λόγω του πολύ μικρότερου ιξώδους του αέρα. Σε αυτό το πλαίσιο αναπτύσσονται αναλυτικά και αριθμητικά μοντέλα επίλυσης των εξισώσεων ροής λαμβάνοντας υπόψιν τα χαρακτηριστικά της διφασικής ροής. Επιπλέον ενσωματώνεται η επίδραση του συντελεστή επιφανειακής τάσης, η μείωση του οποίου ευνοεί τις συνθήκες ανάπτυξης διφασικής ροής μειώνοντας έτσι τη ροπή σε ποσοστά μεγαλύτερα του 50%. Ακόμη, προτείνεται ένα ημι-αναλυτικό μοντέλο υπολογισμού της κρίσιμης γωνιακής ταχύτητας αναρρόφησης αέρα θεωρώντας δίσκους με αυλακώσεις. Τα εργαλεία προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο της επίδρασης των αυλακώσεων των δίσκων στα χαρακτηριστικά της σύμπλεξης και της ανοικτής λειτουργίας. Προτείνεται μία πρωτότυπη αυλάκωση μεταβλητού πλάτους που οδηγεί σε μείωση της υπερακόντισης στην δύναμη που οφείλεται στο υδροδυναμικό φαινόμενο κατά περίπου 20%. Στη συνέχεια εισάγεται μεθοδολογία βέλτιστου σχεδιασμού αυλακώσεων για την ταυτόχρονη βελτίωση των χαρακτηριστικών των δύο καταστάσεων λειτουργίας καθώς αυτές έχουν αντικρουόμενη εξάρτηση από της αυλακώσεις: η αύξηση της επιφάνειας αυλακώσεων οδηγεί αφενός σε μείωση της ροπής απωλειών αλλά παράλληλα σε αύξηση της υπερακόντισης και σε μείωση της δυνατότητας μεταφοράς ροπής του συμπλέκτη. Τέλος πραγματοποιείται η πειραματική διερεύνηση των φαινομένων ενδιαφέροντος. Για το σκοπό αυτό σχεδιάζονται και κατασκευάζονται δύο πρωτότυπες πειραματικές διατάξεις: η διάταξη σύμπλεξης και η διάταξη ανοικτής λειτουργίας. Η διάταξη σύμπλεξης υλοποιεί το πρότυπο SAE #2 υπό κλίμακα ενώ η διάταξη της ανοικτής λειτουργίας αφορά στη μέτρηση της ροπής απωλειών και στην οπτική καταγραφή της ροής για το σύστημα ακίνητου δίσκου και περιστρεφόμενου δίσκου με και χωρίς αυλακώσεις. Οι πειραματικές διατάξεις χρησιμοποιούνται για τη διενέργεια δύο κύριων σειρών πειραματικών μετρήσεων όπου εξετάζεται η επίδραση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών των αυλακώσεων, των παραμέτρων λειτουργίας όπως το διάκενο, η γωνιακή ταχύτητα και η παροχή και των ιδιοτήτων του λιπαντικού. Η συνολική αντιμετώπιση του τεχνολογικού προβλήματος όπως μελετήθηκε στην παρούσα διατριβή βελτιώνει σημαντικά την απόδοση και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του συμπλέκτη υγρής τριβής και ταυτόχρονα αναδεικνύει νέες κατευθύνσεις έρευνας στην επιστήμη της τριβολογίας ευρύτερα.	el
heal.sponsor	Το έργο συγχρηματοδοτείται από την Ελλάδα και την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) μέσω του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Ανάπτυξη Ανθρώπινου Δυναμικού, Εκπαίδευση και Διά Βίου Μάθηση», στο πλαίσιο της Πράξης «Ενίσχυση του ανθρώπινου ερευνητικού δυναμικού μέσω της υλοποίησης διδακτορικής έρευνας – 2ος Κύκλος» (MIS-5000432), που υλοποιεί το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ).	el
heal.advisorName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Προβατίδης, Χριστόφορος
heal.committeeMemberName	Καρώνης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μαρκόπουλος, Άγγελος	el
heal.committeeMemberName	Νικολακόπουλος, Παντελεήμων	el
heal.committeeMemberName	Γεωργαντζίνος, Στυλιανός	el
heal.committeeMemberName	Σπιτάς, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	273 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false