湿式离合器接合特性试验研究

湿式离合器是装甲车辆动力换挡的关键部件,随着综合传动系统转速和功率密度的提高,接合特性与摩擦副过度磨损、局部烧损、钢片翘曲等失效问题密切相关。针对湿式离合器的接合过程,设计并搭建了多模式加载试验台,采用机械惯量、电涡流测功机及制动装置作为负载模拟装置,针对不同转速和控制油压下的湿式离合器接合特性开展了试验研究。通过制动装置固定从动端,改变不同的滑摩转速和控制油压,测得对应的稳定滑摩转矩,推导出相应的动静摩擦因数。研究有助于进一步掌握该型湿式离合器的传动特性,评估其服役性能。     

湿式换挡离合器摩擦片磨损量计算方法的研究

介绍了综合传动湿式换挡离合器的工作原理,通过分析离合器结合分离过程的油压和滑摩转速变化规律,拟合出离合器工作油压与转速的特性方程,建立了离合器摩擦片磨损量计算模型。依据离合器摩擦副磨损试验结果,确定了油压、滑摩转速影响指数与结合次数的关系。利用组建的综合传动湿式换挡离合器磨损量测试试验系统,进行了18 000次离合器换挡试验。试验结果表明,湿式换挡离合器磨损量可以表示为工作油压与滑摩转速的函数。     

考虑摩擦副接触应力场和冷却流场的湿式离合器温度场分析

温度对湿式离合器摩擦副的摩擦特性和热失效具有重要影响。为了获取湿式离合器温度场的分布规律,建立摩擦副接触应力分布有限元模型和摩擦片沟槽内冷却流场数值计算模型,获得了摩擦副接触应力随离合器接合油压的变化规律和冷却流场对流换热随离合器转速的变化规律。在此基础上,提出考虑离合器摩擦副接触应力分布时变特性和冷却流场分布时变特性的离合器温度场数值计算模型。将所建温度场模型的仿真结果与试验结果作对比,验证了所建温度场模型的正确性。通过计算获得了湿式离合器接合过程中不同钢片在半径和厚度方向的温度分布规律,揭示了摩擦副接触应力场和摩擦片沟槽内冷却流场对离合器温度场的影响规律。结果表明,在离合器摩擦副半径方向上,摩擦副的温度分布规律与接触应力分布规律相一致。而摩擦片沟槽内冷却流场的对流换热主要影响离合器同步阶段的温度分布。     

纸基摩擦材料的压缩性对湿式离合器啮合特性影响

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。采用Greenwood-Williamson模型,并考虑惯性影响以及摩擦材料受压变形,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,进行求解并分析摩擦材料压缩性对啮合特性的影响。结果表明:考虑摩擦材料压缩性时,由于摩擦材料受压变形,进入混合润滑阶段所需时间变长,整个过程的实际啮合所需时间比不考虑压缩性要长;湿式离合器摩擦副啮合过程中,随着油膜厚度的减小,微凸体作用逐渐变强,流体压力比不考虑摩擦材料压缩性情况下要大。     

基于分形理论的重载湿式离合器接合特性研究

为了进一步提高和改善重载湿式离合器在使用过程的接合特性,结合分形几何理论建立重载湿式离合器接合特性计算模型,最后通过理论与试验手段获得重载湿式离合器摩擦副接触区域微凸体接触面积、分形维数及轮廓幅值尺度因素等对接合摩擦力的影响规律及湿式离合器摩擦温升变化规律。分析结果表明,不考虑微凸体作用分形维数与实际接触面积的增加,将会使湿式离合器摩擦力增加;考虑微凸体作用分形维数与实际接触面积的增加,将会使湿式离合器摩擦力降低;对于摩擦副接触面幅值尺度因素,随着其降低,将会导致各工况下摩擦力与最大温升变化幅值上升;通过试验验证,分形理论下理论计算结果与试验测定结果基本吻合。     

基于有限元法的湿式离合器摩擦界面温度场变化过程分析

应用ABAQUS软件建立湿式离合器单摩擦副有限元模型,采用直接耦合方法模拟单次接合过程,分析钢片接合面温度场在接合过程中的变化过程及热点与接触应力变化规律,探讨工作油压和相对转速的大小对温度场变化过程的影响。分析结果表明:钢片接触面温度场为非均匀分布且不对称,其分布状态与接触应力一致;相对转速达到极值时接触面开始出现高温点,并在之后的接合过程中表面温度极值位置不变,温度最高值出现在工作油压首次达到最大值;接触面热点数随工作油压的增加而增多,靠近外径边缘处最多;随着相对转速最大值的增加,钢片接合面终态压力场和应力场分布趋于均匀,但高温点总体数目增多,温度场整体分布较为不均匀;最大温度值的增加对最大相对速度较为敏感,高相对转速条件下易出现急剧温升,高工作油压下温升上升速率下降。     

温度对湿式离合器摩擦副润滑及摩擦特性的影响

考虑局部温升的影响,建立了平面接触热混合润滑模型。分别对正弦粗糙表面、Gauss粗糙表面进行仿真计算,分析了温度对湿式离合器摩擦副间油膜厚度、局部压强分布、局部温升、油膜和微凸峰承压比的影响。结果表明,随着温度的升高,摩擦副间油膜厚度减小,微凸峰接触数量增多,局部温升增大,微突峰承担的载荷逐渐增大,而润滑油膜承担的载荷虽然有所减小,但依然非常显著,不可忽略。     

沟槽对湿式离合器摩擦副啮合性能的影响

对表面开设带一定倾斜角度的窄矩形沟槽湿式离合器摩擦副的啮合过程进行了分析.基于已得到实验验证的理论假设,采用微凸体接触模型的威布尔分布,建立基于平均流量模型及威布尔分布的接触因子的摩擦副研究分析模型;推导出摩擦副的流体润滑控制方程,将复杂的啮合过程映射到一维润滑问题下进行求解.讨论了沟槽深度、数量、倾斜角度对啮合性能的影响,结果表明:渗透层厚度越厚,渗透率越高,啮合时间越短,啮合转矩峰值越大;对于3种类型沟槽,三角形沟槽啮合时间最短,圆弧形次之,梯形沟槽啮合时间最长;沟槽倾斜角度越大,啮合转矩越低,啮合时间越短;而沟槽深度对啮合特性影响不明显.     

液黏传动摩擦副软启动过程承载特性研究

以刮板输送机可控启动装置液黏传动软启动过程为研究对象,考虑摩擦副表面粗糙度及工作油的离心力,基于平均流量模型求解了油膜厚度及油膜压力的变化规律。基于Greenwood-Tripp接触模型建立了摩擦副粗糙接触压力和转矩方程,利用转矩平衡原理对软启动过程中摩擦副承载特性的时变性进行了分析。结果表明：当启动时间10 s,额定输出转速45 r/min,启动过程遵循S形曲线变化时,油膜厚度按照反S形曲线逐渐减小,并趋于恒定值;油膜压力随时间先增大后减小,且沿径向的分布与启动时间密切相关;摩擦副间压力按照S形曲线增大;负载越大,启动时油膜越薄,摩擦副间压力越大。研究结果为准确地分析摩擦副热特性提供了先决条件,同时也为控制策略的制定奠定了理论基础。     

重型非公路汽车湿式离合器表面系数对接合特性影响的研究

针对湿式离合器在接合过程中存在的磨损和高温的问题,通过引用湿式离合器表面系数,以重型非公路汽车湿式离合器为研究对象,运用微凸体分布模型,研究湿式离合器在不同材料状态下摩擦因数和制动接合特性变化规律。分析结果表明,使用韦伯微凸体分布分析效果比使用传统分布模型接合时间长,接近实际工况;通过引入表面系数和韦伯分布后,在离合器接合初始阶段存在转矩波动,该转矩波动是造成震颤的主要原因;在接合末期存在制动转矩增加,可以通过引入斜率为正的摩擦因数-速度曲线解决,此外磨平材料的啮合时间要比跑合阶段的时间短。     

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.     

湿式摩擦副滑摩过程温度场分析及实验验证

湿式摩擦副滑摩过程温度场与应力场相互耦合作用,温度场分布受到多种因素影响,其中压力、旋转速度、润滑流量作为湿式摩擦副工作参数对其温度场的影响尤为显著。在理论分析基础上,采用有限元数值模拟分析与实验研究相结合的方法,对摩擦界面温度场时空分布特性进行研究,同时研究界面温度场在摩擦副工作压力、相对转速和润滑流量作用下的变化规律。研究表明:在对偶钢片和摩擦片近外径侧更易出现高温和应力集中区,且对偶钢片相对于摩擦片更易出现温度和应力分布不均匀情况;温度场中高温集中区与应力场中应力集中区相对应,最大温度随着压力增加、相对转速增大、润滑流量减少而显著上升,该结果得到试验结果的验证。     

滑动干摩擦的热机理浅析

分析了在高速滑动干摩擦过程中热的产生和扩散机理、摩擦温度的测定与分析，讨论了摩擦热效应对配副材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：在摩擦过程中，摩擦热的形成是显著的；由粗糙表面产生的摩擦热作用在粗糙表面进而影响粗糙表面的形貌；摩擦热是影响摩擦副摩擦性能变化的主要因素；在研制摩擦材料时应充分考虑配副材料的耐热性与散热性等物性，进行优化选材。     

Thermoelastic Analysis of Grooved Friction Clutches Using Finite Element Method

High temperatures appear on friction clutch surfaces due to the heat generated between the contacting surfaces during the slipping period. In some cases the maximum temperatures will exceed the allowable working temperature; friction clutches will fail rapidly when working under these conditions for a long time. Therefore, it is necessary to study the effect of design parameters (e.g., grooves) on the thermoelastic behavior of friction clutches to avoid these kinds of failures or at least increase the lifetime of friction clutch. A finite element method will be used to investigate the effect of the circumferential groove on the thermoelastic behavior of a single-disc clutch during a sliding phase. Axisymmetric models have been developed in this analysis to simulate the dry clutch systems during the sliding period. The effect of the groove area ratio G.R (defined as the groove area divided by the nominal contact area) on thermal and elastic behaviors is investigated. The results showed that the groove size has a significant effect on the magnitude and distribution of contact pressure, temperature field and heat generated along the frictional surfaces.     

湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的数值分析方法

为研究湿滑状态下轮胎路面的摩擦特性,以胎面橡胶和沥青路面作为研究对象,利用谐波叠加法建立三维粗糙路面模型,采用“伪”流体动力轴承作用等效反映路面水膜“密封”作用,综合使用有限元软件ABAQUS和计算流体动力学软件Fluent得到湿滑状态下橡胶与路面滑动接触时的橡胶接触压力、滞后摩擦力及路面水膜承载力,由此形成了综合兼顾橡胶材料、接触压力、滑动速度、路面形貌和路面水膜等多因素的轮胎与湿路面摩擦特性的仿真方法。通过橡胶与干-湿路面摩擦特性的变化与公开的试验对比,证明本方法的合理性和可行性,并进一步分析滑动速度、接触压力和路面特征对湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的影响规律。研究结果为轮胎和路面的抗湿滑性设计及优化提供理论依据。     

液体粘性调速离合器中摩擦副的调速分析

介绍了液体粘性调速离合器中摩擦副的工作机理。在调速范围内 ,液体粘性调速离合器中摩擦副往往在流体润滑、混合润滑、边界润滑直到直接接触的工况条件下工作 ,不同的工况以及负载对液体粘性调速离合器的输出转速和输出转矩有很大的影响。采用表面粗糙度的平均模型 ,以及GT微凸体接触模型 ,对液体粘性调速离合器在调速过程中摩擦副所涉及的工况进行了分析讨论。提出了在稳态条件下 ,输出转速与输出转矩的计算方法。     

旋转滑动摩擦副摩擦噪声影响因素实验研究

为探究滑动摩擦噪声的影响因素,采用单因素实验法分析了表面粗糙度、相对速度、载荷、摩擦副材料、润滑油中石墨烯质量分数对滑动摩擦噪声的影响。实验发现:实验所测摩擦噪声可大体分为前期、中期、稳定期;表面粗糙度越小,摩擦噪声越小;转速升高时,摩擦噪声逐渐增大,但随着转速的增大,摩擦降噪增幅有所下降;适当增大载荷有助于降噪;石墨烯的降噪效果优异;陶瓷摩擦副比轴承钢摩擦副更具降噪优势。