湿式多片离合器热失效及摩擦特性研究

摘要

湿式多片离合器由于其本身具有接合力矩大，工作可靠，控制简单等优点而在各种汽车以及工程车辆上得到广泛使用。湿式多片离合器靠摩擦传递力矩，湿式多片离合器接合过程中产生的热失效影响了离合器使用可靠性，同时结合过程摩擦系数的改变又影响了车辆换档的平顺性。湿式多片离合器成为了各国研究者和汽车公司的研究重点。本文在重庆市重点攻关项目“重度混合动力长安轿车关键技术与样车研发”项目的资助下，对湿式多片离合器的热失效及摩擦性能进行了研究，具体研究内容如下：
　　 ①结合湿式多片离合器结构设计理论，运用有限元理论以及ANSYS软件对湿式多片离合器设计中的一些关键问题进行了研究，得出了离合器的支撑形式、支撑盘刚度、以及摩擦材料弹性模量等因素对于接触初始压力场分布的影响。
　　 ②针对本课题中所研究的湿式多片离合器，计算了针对于本离合器使用工况的离合器端面对流换热系数以及沟槽内对流换热系数。对摩擦偶件建立了改进的二维有限元分析模型。根据摩擦衬片比压和车辆结合过程模拟分析结果建立了热源模型，利用有限元分析软件ANSYS计算了摩擦偶件温度场和应力场分布，并对计算结果进行了分析和讨论。
　　 ③通过对离合器的摩擦片使用状况分析，研究了摩擦片的表面沟槽形状对于离合器散热性能的影响。对摩擦片建立了三维有限元模型，并用有限元软件ANSYS计算了考虑沟槽的摩擦片的温度场，并对其冷却强度进行了计算。借助于CFD流场分析软件分析了摩擦片油槽流场变化情况。
　　 ④借助于发动机动力传动试验台，设计了测定摩擦系数的离合器摩擦性能试验装置，并进行了试验。测取了离合器摩擦片的摩擦系数随摩擦片滑磨速度、结合压力等因素的变化规律，从而为离合器的可靠平顺换档做理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题的来源及意义

1.2湿式多片离合器概述

1.2.1工作原理

1.2.2主要设计参数

1.2.3湿式摩擦材料的种类

1.2.4湿式多片离合器沟槽

1.3湿式多片离合器存在的主要问题

1.3.1湿式摩擦材料的失效

1.3.2湿式多片离合器摩擦特性

1.4国内外研究现状

1.4.1摩擦偶件之间的压力分布和温度场

1.4.2湿式多片离合器摩擦特性研究现状

1.5本文主要研究内容

2离合器初始压力分布研究

2.1湿式多片离合器压力分布对离合器热失效的影响

2.2接触问题的有限元法

2.2.1弹性接触有限元基本方法

2.2.2有限元接触单元算法

2.3摩擦片初始压力分布有限元分析

2.3.1摩擦衬片初始压力分布有限元模型

2.3.2离合器结构摩擦衬片初始压力分布

2.3.3支撑盘材料弹性模量的影响

2.3.4结构对初始压力分布的影响

2.4本章小结

3湿式多片离合器整体热传导过程有限元分析

3.1湿式多片离合器热分析

3.2摩擦偶件改进二维有限元模型的提出

3.2.1传统有限元计算模型及其缺陷

3.2.2改进二维有限元模型的提出

3.2.3摩擦偶件改进二维有限元计算模型的建立

3.3热流密度的计算及其分配

3.3.1热流密度的计算

3.3.2热流密度的分配

3.4对流换热系数的研究

3.4.1离合器端面对流换热系数的研究

3.4.2离合器径向油槽对流换热系数的研究

3.5热分析基本理论

3.5.1初始条件

3.5.2边界条件

3.6摩擦偶件温度场有限元计算

3.6.1 ANSYS热分析功能简介

3.6.2有限元瞬态温度场基本理论

3.6.3离合器结合时热传导过程仿真

3.6.4仿真结果分析及性能改进

3.7本章小结

4摩擦片油槽散热性能研究及改进

4.1引言

4.2离合器油槽的结构型式及其性能

4.3考虑沟槽离合器摩擦片温升对比分析

4.4摩擦片表面沟槽对于摩擦温升的影响以及散热性能仿真计算

4.4.1摩擦片沟槽内温升对比分析

4.4.2离合器冷却液流量的计算

4.5离合器对偶钢片热-应力耦合分析

4.6离合器油槽流场分析研究

4.6.1三维流动基本方程

4.6.2离合器油槽三维流场分析

4.6.3离合器油槽流场结果分析

4.6.4改进油槽方法讨论

4.7本章小结

5摩擦片摩擦性能试验装置的开发及试验

5.1湿式多片离合器摩擦片接合特性

5.2摩擦系数测试原理

5.3测试试验装置开发

5.3.1测试试验装置基本原理

5.3.2试验装置测试液压系统

5.3.3二位三通高速开关电磁阀控制模型

5.4摩擦性能试验

5.5摩擦性能试验数据处理与讨论

5.6本章小结

6结论与展望

6.1论文总结

6.2论文继续研究方向

致 　谢

参考文献

附 　录