混合动力汽车湿式离合器摩擦副温度场及其影响因素研究

热失效是混合动力汽车湿式离合器发生故障的主要原因之一。摩擦副滑摩过程中具有高度非线性,同时摩擦副温度场受到多个参数影响。为深入研究混合动力汽车离合器摩擦副温度场分布情况,通过搭建混合动力汽车离合器热结构耦合分析模型,对滑摩过程进行仿真计算。在此基础上,深入研究初始转速、接合油压、对偶钢片厚度和摩擦衬片材料等因素对摩擦副温度场的影响。

变速箱离合器设计及性能测试

如今自动变速箱的应用越来越广,对于离合器也有了新的需求,为了探究湿式离合器的自主化设计,对湿式离合器的结构与原理进行了分析,并对其特点进行了研究,对变速箱的摩擦副以及回位弹簧进行了设计分析,最后对离合器的循环耐久进行测试,为变速箱离合器的进一步研究奠定了基础。

湿式摩擦离合器摩擦副热特性分析

为了研究湿式多片离合器摩擦副的发热情况,选取其中一对摩擦副,建立了瞬态及稳态热分析有限元模型,将油槽类型转化为当量圆柱体并建立对流换热模型,计算了对流换热系数,并以此为边界条件,计算不同时间下摩擦片与对偶钢片沿径向和轴向的温度分布。同时,针对不同材料及槽型对摩擦副温度的影响进行分析,并采用SAE#2试验机,测试了不同材料及槽型的摩擦副温度,与理论分析进行了对比,温度变化趋势一致,误差较小。

湿式离合器欠约束摩擦副临界碰摩转速及带排转矩分析

带排转矩会降低湿式离合器的传动效率,缩短其使用寿命和降低其工作可靠性。目前针对湿式离合器带排转矩的研究大多基于平均间隙分布模型,但各摩擦副之间的间隙分布对带排转矩有重要影响,且获取处于工作状态的湿式离合器各摩擦副间隙分布是很困难的。因此,本文提出了一种湿式离合器各摩擦副间隙分布的仿真模拟方法,采用次序统计方法模拟各摩擦片和钢片的位置,获得各摩擦副初始间隙分布规律;在此基础上,通过仿真分析不同工况下欠约束多摩擦副系统的临界碰摩转速及带排转矩,并通过了试验验证。结果表明,在湿式离合器总间隙不变的情况下,欠约束多摩擦副系统的临碰摩转速小于基于平均间隙分布假设下的临界碰摩转速;随着湿式离合器总间隙的增加,临界碰摩转速逐渐下降;欠约束多摩擦副系统的带排转矩明显大于基于平均间隙分布假设下的带排转矩,随着湿式离合器总间隙的增加,带排转矩逐渐下降。

湿式多片离合器高温摩擦磨损失效分析

通过高温销-盘摩擦磨损试验,研究了湿式多片离合器的高温摩擦磨损特性和失效机理。结果表明,随着温度从120℃升高到420℃,摩擦系数呈先快速增大后逐渐减小的趋势;当温度低于345℃时,主要以磨粒磨损和犁沟磨损为主,磨损量较少,摩擦系数波动也较小;当温度高于345℃时,摩擦副表面开始出现黏着磨损,磨损量急剧增大,摩擦系数出现剧烈波动。因此,湿式多片离合器的合理工作温度应控制在345℃以内。

离合器摩擦副表面温度对摩擦因数的影响

通过对某型离合器摩擦副的摩擦学小样试验,研究了离合器在结合的滑动摩擦过程中,摩擦面温度对离合器摩擦材料摩擦因数的影响。采用扫描电子显微镜(SEM),分析了样件的摩擦表面形貌,探讨了产生影响的机制,并从摩擦因数角度探讨了微车离合器起步发抖和烧蚀的主要原因。微车离合器摩擦材料摩擦因数随着摩擦面温度先升高,然后趋于稳定,最后再降低,其稳定工作的温度区间为130～220℃;在摩擦面温度较低的工况下,摩擦因数较低,微车起步时,离合器传递的扭矩不足以克服道路阻力,引起微车起步发抖的现象;而在摩擦面温度过高的工况下,离合过程中,摩擦因数较低,传递扭矩效率低,导致离合器滑磨时间过长,引起烧蚀现象。

非均匀接触对湿式离合器摩擦特性的影响

利用接触比率的不同来模拟摩擦副的非均匀接触状态,建立摩擦副润滑摩擦模型,并在湿式离合器综合试验台上进行了相应试验。根据仿真分析和试验结果可知:随着接触比率的减小,摩擦副表面温度显著升高,局部摩擦因数及总摩擦因数明显增大,因此局部摩擦转矩和总摩擦转矩也明显增大。此外,由于接触比率的减小,摩擦副滑摩过程中振动明显增强。所以,由热翘曲所引起的非均匀接触严重劣化了摩擦副的摩擦性能,加速了离合器的损坏。

粘性调速离合器传动机理与数值计算

本文对液体粘性调速离合器的摩擦副进行了流体润滑分析。由于液体粘性调速离合器在调速范围内 ,其摩擦副往往工作在流体润滑、混合润滑、边界润滑直到直接接触的工况条件下 ,且近来工程中广泛采用聚α -烯烃型 ,聚酯型等合成油作润滑剂 ,本文采用了幂律型非牛顿流体模型、Patir -Cheng的平均流量模型、GT两粗糙平面接触模型并同时计入油膜的惯性影响 ,推导了相应的平均雷诺方程 ,并进行了数值计算与分析。

液粘调速离合器摩擦副的设计

传统液粘调速离合器技术借用湿式离合器摩擦副的设计方法,现已无法完全满足实际工程需要。本文对液粘调速离合器摩擦副的设计方法进行了专门的理论研究,得到其物理尺寸、表面沟槽、摩擦材料等参数的设计方法和热平衡校核的计算公式。试验研究表明:按照本文方法和公式进行设计和校核的摩擦副,完全能够满足调速离合器的实际性能要求。

液体粘性调速离合器摩擦副设计方法

借用普通湿式离合器摩擦副的传统设计方法对液体粘性调速离合器(HVD)摩擦副进行设计,无法完全满足实际工程需要。针对此情况,结合理论分析和试验研究,从负载、材料、尺寸、油槽形式、热平衡校核等各方面,对HVD摩擦副的设计方法和计算公式进行了研究。根据提出的设计方法研制的摩擦副,经工程实际现场应用证明,性能完全能够满足工程实际的需要。

液黏传动双圆弧油槽摩擦副油膜剪切转矩研究

双圆弧油槽摩擦副广泛应用于液黏传动,为了研究油槽结构参数对油膜剪切转矩的影响,对摩擦副间流体的流动特性进行数值模拟,得到了油膜剪切转矩。建立了集流场参数化建模(CAD)、数值模拟(CFX)、试验设计方法(DOE)及响应曲面法(RSM)为一体的油槽参数影响分析平台,分析了油槽深度、油槽宽度和油槽数目对油膜剪切转矩的影响并建立了近似响应曲面模型。搭建转矩性能试验台进行试验验证,结果表明:油膜剪切转矩随着油槽深度、宽度和数目的增大均减小,而油槽宽度对转矩的影响最大,油槽深度影响次之,油槽数目影响最小。通过理论和试验研究,应用CFX数值模拟和建立摩擦副油槽参数影响分析平台实现了CAD、CFX、DOE及RSM等技术的高度融合,可以准确地分析摩擦副油槽参数对油膜剪切转矩的影响。

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.

航空湿式离合器接合过程中摩擦副间瞬态流场特性分析

以航空湿式离合器为研究对象,通过数值仿真得出摩擦片输出转速曲线和对偶钢片轴向移动曲线,采用最小二乘法拟合出输出转速曲线公式和钢片轴向移动公式,获得接合过程中时变的摩擦片输出转速和钢片轴向移动位移。基于计算流体动力学(CFD)方法,运用Fluent仿真技术,采用动网格方法,对轴心供油冷却方式下摩擦副的不同接合时间下的瞬态流场进行仿真分析,研究该润滑方式下瞬态油液的速度分布规律和压力分布规律。研究结果表明:摩擦副半径越大处,油液流速越大,润滑油在油液离心力的作用下,高速排出,部分油液不断被搅动,再次进入摩擦副片间润滑摩擦副;在该轴心润滑方式下,随着接合时间增大,油液所受的油膜承载力越大,油压分布越均匀,接合面的油压几乎呈对称分布,润滑效果好。

改进的湿式离合器带排转矩模型

基于表面张力和表面波度以及摩擦副不平行度的影响,建立了改进的湿式离合器带排转矩模型。推导了考虑表面张力和表面湿润的摩擦副径向压力分布方程,同时推导了摩擦副不平行度和表面波度影响下的油膜厚度。通过计算研究发现:表面张力、摩擦副不平行度和表面波度均使离合器带排转矩增大,而且不平行程度越大,带排转矩增加越快,而表面波度对带排转矩的影响较小。将改进的模型与原模型和试验数据进行了对比,验证了改进模型的有效性。

Cu基粉末冶金摩擦元件接触压力仿真与试验

为准确获得摩擦副接触压力在Cu基粉末冶金摩擦片接合过程中的动态分布情况,简化离合器结构,建立Cu基粉末冶金摩擦结构压力仿真分析3-D有限元模型,获得摩擦元件接触压力分布结果,并分析造成径向和周向压力不均的主要原因.为进一步验证压力仿真的准确性,并确定摩擦元件滑摩状态下的接触压力动态变化,设计并实现了通过应变测量间接反推获得摩擦元件接触压力的动态测试试验.进行各个测量点的标定并绘制标定曲线,完成应变值的采集.仿真和试验结果表明:摩擦副的径向和周向均存在接触压力分布不均的现象;径向压力分布关系主要受加载结构影响;周向分布关系的主要影响因素为弹性模量、沟槽结构和表面不平度等;摩擦副滑动过程中接触表面动态压力分析表明,接触压力动态测量曲线有明显的周期波动,随着外载荷的增加,接触压力总是趋向于更加均匀的分布状态.

滑差离合器传动摩擦副设计

滑差离合器因其无级调速和高效节能等性能优势已开始应用于各工业领域。针对传统滑差离合器技术借用普通湿式离合器摩擦副的设计方法来设计传动摩擦副,现已无法完全满足实际工程需要的问题,对滑差离合器传动摩擦副的设计方法进行了专门的理论和实验研究,得到其物理尺寸、表面沟槽、摩擦材料等参数的设计方法和热平衡校核的计算公式。试验研究表明:按此新方法和公式进行设计和校核的传动摩擦副,完全能够满足调速离合器的实际性能要求。

油门机构恒定力矩摩擦阻尼装置研究

为满足航空自动油门执行机构摩擦力矩的恒定,提高机载设备安全性和可靠性,设计恒定力矩摩擦阻尼装置。该装置采用β-Si_3N_4晶须增强铜基和陶瓷涂层结构钢作为摩擦副材料,并将摩擦副表面设计成一定的凹凸结构,以实现稳定的人感阻尼和离合器功能。试验表明,该恒定力矩摩擦阻尼装置可以提供不同的摩擦力矩,并可在一定时间内保持摩擦力矩和摩擦因数稳定,从而提高机载设备的寿命、可靠性和安全性。

工况条件对微型汽车离合器摩擦副摩擦因数的影响

分析了影响摩擦因数的因素,设计了一套试验方案,在高温摩擦磨损试验机上研究了工况条件对微型汽车离合器摩擦副摩擦因数的影响规律。结果表明:微型汽车离合器摩擦副的摩擦因数随工作载荷和滑动速度的增加先减小,然后逐渐趋于稳定;随着温度的上升,摩擦副的摩擦因数先下降,当温度上升到摩擦片的软化温度时,摩擦因数开始回升,当温度继续上升到摩擦片的分解温度时,摩擦因数又开始下降。

考虑表面粗糙度的湿式离合器啮合过程分析

湿式离合器在实际啮合过程中,离合器摩擦片高速运转,摩擦副接触为2个随机粗糙表面的接触,因此分析离合器啮合过程必须考虑摩擦片惯性及摩擦副表面粗糙度的影响。采用Greenwood-Tripp两粗糙表面接触模型,并考虑惯性的影响,对主动盘下表面有摩擦材料的湿式离合器的啮合过程进行分析,建立基于Patir-Cheng平均流量模型的研究模型,推导出摩擦副的润滑控制方程,并进行求解。理论计算得出的啮合转矩变化与实验结果相吻合,验证了理论分析的正确性。

全程转速下浮动支撑湿式离合器带排转矩计算模型与验证

基于摩擦元件偏置现象及高转速差下间隙收缩现象,运用陀螺效应原理建立了摩擦元件低转速差下偏置状态分析模型。针对摩擦副间油膜的高速负压现象,建立了高转速差下摩擦副间隙负压收缩模型,分析了从低速差到高速差全程变化过程下的摩擦副间隙动态变化规律。提出考虑摩擦副间隙动态变化影响的带排转矩改进模型,进行了仿真分析,并搭建了带排转矩试验平台。研究结果表明:润滑条件一定时,湿式多片离合器带排转矩随转速差增大呈先增大、后减小、再增大的变化趋势;摩擦副偏置现象在低转速差(0~1 000 r/min)段对带排转矩影响较大,而间隙收缩现象在中转速差和高转速差(大于1 000 r/min)段时为影响带排转矩的主要因素;通过与试验结果对比发现摩擦副间隙动态变化影响的改进模型平均相对误差在中转速差和高转速差(大于1 000 r/min)段时为6.34%,显著提高了对湿式多片离合器带排转矩值估算的准确度。