湿式多片离合器带排扭矩特性及其影响因素研究

摘要

湿式离合器由于具有传递扭矩大、体积小、使用寿命长、控制方便易于实现自动化等优点，被广泛用于高速重载车辆的传动系统中。离合器发热现象是导致离合器使用寿命缩短和使用性能降低的重要诱因，离合器发热的来源有接合过程的打滑和分离状态下润滑油的粘性剪切发热（带排扭矩引起的功率损失）。本文以离合器摩擦副的带排扭矩为切入点研究履带车辆离合器润滑系统的几个典型问题，主要内容包括:
　　1.湿式离合器摩擦副带排扭矩建模。采用一种新的包含了两相流的数学模型，准确刻画摩擦副间的润滑油速度、压强分布规律，成功地解释了带排扭矩测量试验中出现的带排扭矩下降现象和高速区间带排扭矩回升现象。基于数学模型计算出了带排扭矩随润滑油流量、摩擦副分离间隙等因素的变化规律。此外，还提出了油膜破裂区域润滑油体积分数的概念，使得数学模型的准确性可以用有限元方法进行验证。
　　2.摩擦副热流固耦合仿真。用VOF模型验证了带排扭矩数学模型的准确性。采用热流固多场耦合仿真计算出摩擦副间润滑油的物理场分布以及摩擦副固体的应力、应变。通过分析多变量正交试验的结果，使用灰色关联分析方法确定了各个试验变量对摩擦副应力、应变的影响效果，确定了以摩擦副分离间隙作为主要的优化指标。
　　3.以多摩擦副间润滑油压强的标准差作为优化目标函数，对离合器润滑油油道尺寸参数进行动态优化，目的是使摩擦副分片间隙均匀。根据优化结果进行高速带排试验台的被试件离合器润滑油通道进行设计。
　　4.利用课题组研发的自动化高速带排试验系统进行了带排扭矩测量试验。按照单一变量原则进行了不同影响因素的对比试验。试验结果分析与数学模型的计算比较符合。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景介绍

1．1．2 研究意义

1．2 履带车辆湿式多片摩擦离合器介绍

1．3 研究现状

1．3．1 带排扭矩模型研究现状

1．3．2 摩擦副多场耦合仿真研究现状‘

1．3．3 离合器润滑油路流场仿真研究现状

1．3．4 离合器油道结构参数优化研究现状

1．4 论文主要研究内容

第2章 离合器带排扭矩建模

2．1 传统带排扭矩数学模型

2．1．1 牛顿内摩擦定律

2．1．2 传统带排扭矩数学模型

2．2 考虑离心力的带排扭矩模型

2．2．1 模型的基本方程及其简化

2．2．2 考虑离心力的润滑油流动方程

2．2．3 气液两相流油膜形状及尺寸分析

2．2．4 油膜破裂区域的数学模型

2．3 带排扭矩计算

2．3．1 带排扭矩计算方法推导

2．3．2 带排扭矩与润滑油流量Qa的关系

2．3．3 带排扭矩与摩擦片间距h0的关系

2．4 本章小结

第3章 摩擦片间多场耦合有限元仿真

3．1 VOF模型验证

3．1．1 VOF方法介绍

3．1．2 仿真过程

3．1．3 仿真结果及讨论

3．2 热流固耦合仿真

3．2．1 正交试验设计

3．2．2 热流固耦合分析结果

3．2．3 灰色关联分析

3．3 本章小结

第4章 湿式多片离合器润滑油路优化

4．1 离合器润滑油路简介和摩擦元件受力分析

4．2 优化原理

4．3 优化过程与结果分析

4．4 本章小结

第5章 高速带排试验研究

5．1 高速带排试验系统介绍

5．2 恒速空转带排性能试验

5．3 试验结果及试验分析

5．3．1 带排扭矩与转速的关系

5．3．2 带排扭矩与分离间隙的关系

5．3．3 带排扭矩与润滑油流量的关系

5．4 本草小结

第6章 结论与展望

参考文献