湿式多片离合器摩擦副热结构耦合仿真研究及优化设计

摘要

近些年，我国在汽车工业方面的发展非常迅速，离合器的功能也完善了很多。特别是湿式多片离合器，由于具有传递动力大、可靠性高、结构简单的突出优点，在实际中应用十分广泛，如车辆、船舶和工程机械。湿式多片离合器作为一个传动部件，通过摩擦片和对偶钢片之间的相互摩擦来达到传递动力的目的。由于摩擦片和对偶钢片在刚结合时转速差比较大，这就会在摩擦片和对偶钢片的表面上产生大量的摩擦热。当摩擦片和对偶钢片上的摩擦热扩散到内部以后，其温度场、热应力以及热应变等将发生变化。当热量的散失不及时时，热量就会不断的积累从而使得温度迅速的升高，从而导致摩擦片和对偶钢片的热失效，进而影响整个离合器的性能。因此，对摩擦副进行热结构耦合仿真研究，对于解决由于摩擦热引起的热失效具有十分重要的理论意义和科研价值。
　　根据某型湿式多片离合器的实际尺寸，画出其三维模型，并把模型做了适当的简化。结合摩擦生热以及摩擦热分配的数学模型，建立了摩擦片和对偶钢片的有限元模型，通过施加边界条件后，对模型进行了求解。得出了摩擦片和对偶钢片在不同时刻的温度场、热应力以及应变云图，可以直观的看出其变化规律。
　　通过ABAQUS软件对湿式多片离合器摩擦副在结合时的仿真分析，可得到摩擦片和对偶钢片在结合过程中不同时刻的温度场、热应力场和热应变云图，以便于直观的观察摩擦片和对偶钢片不同部位的温度、热应力和热应变的大小，从而找出容易发生热失效的部位。通过仿真分析可以看出，摩擦片的十二个接触区呈对称分布，这些区域的温度场分布规律基本相同。然后，运用MATLAB软件以结合过程中产生的热量最少（即滑磨功最小）为优化目标对摩擦副进行优化，得出摩擦副优化后的结构数据。最后，运用ABAQUS软件对摩擦副的结合过程再进行仿真分析，得出优化后的摩擦副最高温度、最大应力和应变均有降低。由此证明优化后的摩擦副结构更合理。
　　本文采用热结构耦合方法对湿式多片离合器摩擦副的结合温度进行了分析，对解决由于结合时摩擦温度太高而导致的离合器热失效，使用寿命降低以及工作过程中的平顺性问题具有一定的指导作用，对于湿式多片离合器摩擦副的开发和应用具有很高的理论意义和应用价值。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景及意义

1．2 离合器简介

1．2．1 离合器的分类及功用

1．2．2 湿式多片离合器的工作原理

1．3 湿式多片离合器摩擦副的润滑状态

1．4 湿式多片离合器摩擦副的失效形式

1．4．1 摩擦系数降低

1．4．2 摩擦副机械失效

1．5 国内外研究现状

1．5．1 国外研究现状

1．5．2 国内研究现状

1．6 本文研究的主要内容

第二章 湿式多片离合器摩擦副热结构耦合分析

2．1 传热学的基本理论

2．1．1 热传递的基本形式

2．1．2 导热微分方程

2．1．3 单值条件

2．2 热弹性力学简介

2．2．1 热应力

2．2．2 热弹性耦合理论

2．3 热结构耦合方法简介

2．4 ABAQUS有限元软件简介

2．5 摩擦副几何模型的建立

2．5．1 摩擦副热结构耦合有限元模型建立

2．5．2 建立模型的条件

2．5．3 摩擦副的摩擦热流密度的建立与分配

2．5．4 热对流换热系数

2．6 摩擦片热结构耦合分析

2．6．1 不同时刻摩擦片温度场云图

2．6．2 不同时刻摩擦片热应力云图

2．6．3 不同时刻摩擦片应变云图

2．7 对偶钢片热结构耦合分析

2．7．1 不同时刻对偶钢片温度场云图

2．7．2 不同时刻对偶钢片热应力云图

2．7．3 不同时刻对偶钢片应变云图

2．8 小结

第三章 湿式多片离合器摩擦副优化分析

3．1 MATLAB软件概述

3．2 优化简介

3．3 湿式多片离合器参数优化

3．3．1 优化变量的确定

3．3．2 建立目标函数

3．3．3 确定优化设计的约束条件

3．4 MATLAB函数优化步骤

3．5 优化结果

3．6 小结

第四章 优化后的湿式多片离合器摩擦副热结构耦合分析

4．1 摩擦片热结构耦合分析

4．1．1 不同时刻摩擦片温度场云图

4．1．2 不同时刻摩擦片热应力云图

4．1．3 不同时刻摩擦片应变云图

4．2 对偶钢片热结构耦合分析

4．2．1 不同时刻对偶钢片温度场云图

4．2．2 不同时刻对偶钢片热应力云图

4．2．3 不同时刻对偶钢片应变云图

4．3 小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢