[發明專利]采用剪切力傳遞能量的方法

有效

• 申請號: 202110288880.7
• 申請日: 2016-11-03
• 公開（公告）號: CN113007236B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: J.B.斯塔格;S.E.塞蒂內里
• 申請（專利權）人: 博格華納公司
• 主分類號: F16D35/00
• 分類號: F16D35/00;F16D35/02;F01P7/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王瑋

采用剪切力以傳輸能量的方法包括提供具有外部殼體組件、圓盤和儲液器的設備；在所述外部殼體組件內旋轉轉子以產生流過作業腔體的作業流體并且施加剪切力于流過作業腔體的所述作業流體；以及沿橫行于所述作業流體的鄰近于所述外部殼體組件的第一表面的邊界層的方向，在所述外部殼體組件上的多個位置處引發所述作業流體的移動。

本申請是申請號為201610954585.X、申請日為2016年11月3日、名稱為“采用剪切力傳遞能量并具有構造成增加工作流體排熱的流量改變結構的設備及相關方法”的專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種采用剪切力傳遞能量的方法。

背景技術

本節提供了與本發明相關的背景信息，這些背景信息并不一定是現有技術。

風扇驅動器是將剪切力施加于作業流體以傳遞旋轉動力的裝置的實例，其由美國密歇根州奧爾本山的BorgWarner Inc.公司商業制造。在這種裝置中，粘度相對較高的作業流體(諸如硅油)被傳送到圓盤和外部殼體組件之間的作業腔體中。圓盤連接到輸入構件，并隨其旋轉，而所述外部殼體組件可以聯接到風扇共同旋轉。驅動圓盤的輸入構件可以由前置發動機附件傳動系統的皮帶驅動，前置發動機附件傳動系統由發動機曲軸驅動。圓盤和外部殼體組件配合形成流動路徑，該路徑配置成在作業流體中生成剪切力，并接著產生扭矩驅動(即，旋轉)外部殼體組件。在作業流體中生成剪切力，特別是希望獲得較高級別的扭矩時，會在作業流體中產生熱量。

為了有助于這些裝置排放熱量，通常由鋁制成的外部殼體可以由多個冷卻散熱片構成。冷卻散熱片有效地增大了外部殼體組件的外表面面積，并增強了這些裝置通過傳導、對流和輻射向大氣排放熱量的能力。然而，冷卻散熱片并不能促進熱量從作業流體傳遞到外部殼體組件。

外部殼體組件相對于輸入部件滑動時產生的熱量，通常稱為“滑動熱量”。給定操作條件下產生的滑動熱量的量值相當于該條件下風扇扭矩和相關的“滑動速度”(例如，輸入部件和輸出部件之間的旋轉速度差)的乘積。因此，“滑動熱量”在0％滑動和100％滑動的極端條件下是最小的。在這些限值之間，在輸出速度與輸入速度的比率約為50％到60％的區域里，能以最大的速率產生“滑動熱量”。對于這種最壞的情況—“滑動熱量”情況，只有一小部分可用作業流體存在于作業腔體內。該小部分的作業流體中的大多數留在與轉子(圓盤)的OD相鄰的區域內。這產生了一個有待解決的特別困難的問題。較高“滑動熱量”量級進入相對較小體積的流體內，該流體具有與輸出殼體壁相接觸的相對較小潮濕表面。該問題自1950年到1960年前后在汽車發動機冷卻中開始使用粘性風扇驅動器時起一直存在。

應該理解的是，本領域的普通技術人員可以假定“滑動熱量”是一個固有問題，并且上述最壞情況——“滑動熱量”情況可以簡單地設計回避，因為輸入和輸出表面之間典型的流體剪切間隙通常非常小(約為0.4mm)，在那個微小的剪切區域內存在較高的熱梯度是不可想象的。對流體材料認知的新進展已經通過利用CFD(計算流體動力學)成為可能。為了理解如何針對給定的粘性風扇離合器優化本發明，我們研究了存在于圓盤和外部殼體組件(典型情況下以不同的旋轉速度旋轉)之間的薄流體剪切區域中的熱梯度。我們對存在于薄流體剪切區域中的熱梯度的研究顯示：建立完全地層狀剪切層，并不能有效地逐層傳輸熱能。而且，我們觀察到梯度分布往往極其非線性，我們認為這是由與溫度和剪切速率一起變薄的硅氧烷作業流體的非牛頓性質引起的。我們發現這種非線性造成與輸出殼體的較冷壁相鄰的邊界層異常地厚和絕熱。