有阻尼孔湿式离合器摩擦片和阻尼孔参数优化设计
湿式离合器摩擦片油槽传热特性的仿真分析
湿式离合器摩擦片油槽传热特性的仿真分析何佩芸;苏楚奇【摘要】针对汽车适时四驱系统轴间湿式离合器在极限工况易出现过热,从而导致摩擦片失效的现象,论文基于传统油槽的结构,提出了一种新的斜T型油槽以提高摩擦片的散热能力.根据结构特点,基于温度云图、速度云图、迹线图分析其传热特性并与传统径向油槽进行对比分析.研究结果表明,斜T型油槽增加了对流换热面积,加速了摩擦片散热,有效缓解了摩擦片的热失效.%The wet clutch between the transmission shafts in real-time all-wheel drive tends to lose efficacy in some extreme working conditions, due to the overheating of the friction plates.Based on traditional oil grooves, a new skew T-Junction oil groove structure is proposed in this paper.The temperature and velocity fields and stream traces are presented for analyzing the heat transfer characteristics of oil grooves.Research results indicate that compared with radial grooves, skew T-junction oil grooves increase the area of heat convection.In addition, the heat dissipation of the friction plates isaccelerated.Consequently, this new groove effectively improves the thermal failure of the friction plates.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2017(041)001【总页数】5页(P174-178)【关键词】湿式离合器;油槽;对流换热;热失效;适时四驱【作者】何佩芸;苏楚奇【作者单位】武汉理工大学汽车工程学院武汉 430070;现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉 430070;武汉理工大学汽车工程学院武汉 430070;现代汽车零部件技术湖北省重点实验室武汉 430070【正文语种】中文【中图分类】U463.2湿式离合器作为汽车传动系统的关键部件，在四驱汽车中有着举足轻重的地位[1]，而目前针对汽车适时四驱系统轴间离合器的研究很少.适时四驱系统轴间湿式离合器因布置空间的限制，体积小、油路短，在极限工况时容易出现过热现象，从而导致摩擦片失效.合适的油槽结构可起到刮油、冷却的作用，有助于加强离合器的散热能力.近年来有不少学者分析了径向油槽和复合油槽的传热特性[2-4]，2种油槽结构各有其优缺点.径向油槽结构简单，但是油道短，散热能力有限且摩擦系数低,不利于传递转矩.复合油槽结构复杂，虽然对于摩擦材料的散热能力有所加强，但是油液容易长时间停留在油道内，造成油液温度过高，导致油液粘度降低、热分解等问题.基于传统油槽的不足，有必要针对汽车适时四驱系统研究新的油槽结构，使之既能满足摩擦片散热的需要，又可以避免油液温升过高，故提出了一种新的斜T型油槽结构.1.1 系统结构特点适时四驱从两驱到四驱的转换机构称为液力耦合器，液力耦合器由湿式离合器、活塞、前后油泵及油泵体组成，内置于后差速器总成中，与其合成为一体，见图1a).系统既轻便又紧凑，不同于全时四驱，适时四驱只有在前后轮达到一定的转速差，前后油泵的液压差足够大时，活塞才会推动轴间湿式离合器接合，车辆自动转换成四驱模式.图1b)为湿式离合器的结构分解图，它由导套、轴套、隔板、摩擦片、压盘等组成.其中，导套通过结合法兰与传动轴连接，并接收来自分动器总成的驱动力，在油泵体中驱动隔板和前油泵旋转.轴套驱动摩擦片和后油泵旋转，并将驱动力传递到后差速器.图2a)为传统径向油槽，文中提出1种新的斜T型油槽结构，见图2b).新的结构将径向油槽连通起来，且连通部分与径向部分成一定的倾斜角度，使油液能够及时流出油道，避免了油液在油道中长时间停留，导致温度过高，从而对油液的工作性能造成影响.斜T型油槽结构的特点符合适时四驱系统轴间湿式离合器的实际工作情况，满足其工作需要.1.2 摩擦片油槽流场特性数值计算方法湿式离合器浸于油液内，油液的循环流动会直接影响离合器的散热能力及使用寿命.因此，文中主要从流体力学的角度，对摩擦片油槽的传热特性进行分析与探讨.摩擦片油槽内的润滑油流动受到油槽结构及离合器工作状况的影响，油液流动比较复杂.针对润滑油的流动特性，利用流体力学，选用相关的数值计算方法，对不同油槽结构的摩擦片流场特性进行数值计算.1.2.1 基本假设及三维流动基本方程在进行摩擦片油槽流场特性仿真之前，为了简化计算，对模型进行如下的假设[5-6]：①润滑油的密度及粘度为常数，工作介质为不可压缩的非定常粘性流动；②摩擦片油槽入口温度始终保持不变；③工作腔内的介质全部都是液体；④忽略油液泄漏及热辐射.任何流动问题都必须满足质量守恒、动量守恒及能量守恒定律，根据守恒定律[7]，结合模型的假设，得到三维流动基本方程.div(v)=0式(1)为质量守恒方程，v为速度矢量，引入矢量符号div(v)=∂u/∂x+∂v/∂y+∂w/∂z，其中u，v，w为速度矢量在x，y，z 3个方向的分量.式(2)为动量守恒方程，U为速度的矩阵向量形式；ρ为流体的密度；μ为流体的粘度；p为微元体上的压力.式子gradU=∂U/∂x+∂U/∂y+∂U/∂z；Su，Sv，Sw为动量守恒方程的广义源项，Su=Fx+sx，Sv=Fy+sy，Sw=Fz+sz，其中Fx，Fy，Fz是微元体的体力，对于粘度为常数的不可压缩流体sx=sy=sz=0.式(3)为能量守恒方程，cp是比定压热容；T为温度；k为流体的传热系数；ST为流体的内热源及流体机械能转换成热能的部分，该部分主要是由于粘性作用产生的.1.2.2 湍流数值计算方法经计算，文中讨论的油液的雷诺数大于雷诺临界值，故油液的流动状态为湍流，流动变为无序的混乱状态，它是1种三维非稳态且高度复杂的不规则流动，故系统还要遵守附加的湍流运动方程.针对湿式离合器摩擦片的流场具有强旋流的特征，需要选用收敛速度快的湍流模型，模型的稳定性要好且具有适当的计算精度，故选择RNG k-ε湍流模型.在形式上，RNG k-ε模型和标准k-ε模型相似，但是前者在ε方程中增加了一个附加项Rε，使RNG模型对于应变和流线曲率的变化有更快的响应速度.RNG模型考虑了带有弯曲壁面的流体流动情况，修正了湍流粘度，并且考虑了湍流中涡流的产生，有效地提高了计算精度.对于湍流普朗特数部分，标准k-ε模型使用的是用户自定义的常数，而RNG理论为湍流普朗特数提供了一个解析公式，进一步改善了计算精度.通过以上的修正与完善，RNG k-ε模型更适用于高应变率及流线曲率较大的流动，并且能够更好地处理湍流中的涡流.RNG k-ε模型中的k方程、ε方程及附加项Rε分别为式中：k为湍流动能；ε为湍流动能的耗散率；Gk为由平均速度梯度而引起的湍流动能；C1ε，C2ε为经验系数，C1ε=1.42，C2ε=1.68；σk，σε分别为k方程、ε方程对应的湍流普朗特数，在高雷诺数的情况下，σk=σε≈1.393；μeff为有效的粘度，μeff=μ+μt，在高雷诺数的情况下，μeff可用μt进行替代，μt=ρCμk2/ε，Cμ=0.0845.在附加项Rε等式中，η=Sk/ε,η0=4.38，β=0.012.2.1 基本参数的选取及几何模型的简化为确保对比分析的可靠性，径向油槽摩擦片和斜T型油槽摩擦片仿真模型选取相同的几何尺寸及材料.基于某适时四驱SUV的实际测量，摩擦片的几何尺寸见表1.根据SUV的实际情况，摩擦片基体选用45钢，摩擦材料选用铜基烧结合金摩擦材料，润滑油选用CD40，其物性参数具体见表2[8]. 摩擦片参与计算的部分是基体钢片和摩擦材料，因为摩擦片的内齿不参与计算，为了精简计算，提高计算效率，将不参与计算的部分通过布尔减运算删除，简化后的模型见图3.2.2 网格的划分及有限元计算软件的选取ICEM CFD是一种专业的CAE前处理软件，在CFD分析中得到广泛应用，论文选用ICEM CFD划分网格.使用Delaunay方法，先生成面网格，然后在此基础上生成非结构四面体网格.因为油槽结构为主要研究对象，所以油槽的网格尺寸要小于其他部分，以得到更加精确的仿真结果，以此思想划分网格得到径向油槽和斜T型油槽摩擦片模型的网格数分别为1 263936和1 738 472.对于有限元计算软件的选择，FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，具有基于网格节点和网格单元的梯度算法，有利于提高模型的计算精度.论文主要考虑流体加传热，即无相变的槽内强制对流换热过程的仿真计算，FLUENT含有热传导的相关模块，有利于提高计算速度，故选用FLUENT进行仿真计算.2.3 边界条件的确定将摩擦片仿真模型分成摩擦材料固体域、钢片固体域和流体域3个不同的区域，选择三维基于压力的隐式求解器进行计算.根据该SUV的结构和性能参数，计算得到离合器的转速为50.93 rad/s，摩擦片接合的初始压力为1.2 MPa.结合具体工况及文献[9]，润滑油的初始温度取为300 K，油槽入口油液流速为1 m/s，环境温度为300 K，摩擦片与环境的表面传热系数为100 W/(m2·K).3.1 径向油槽和斜T型油槽的温度场分析径向油槽摩擦片的整体表面温度在344～420 K之间，见图4a)，因为油液的循环流动，油槽中的温度明显低于其他部分，而摩擦片的内外端浸于油液中也带走了一部分热量，所以摩擦材料部分的温度从边缘到中间呈梯度上升，最高温度是420 K. 斜T型油槽摩擦片的整体表面温度在342～403 K之间，见图4b)，且摩擦片最高温度是403 K，明显低于径向油槽摩擦片表面的最高温度.斜T型油槽径向部分的温度没有太大的变化，而连通部分的温度有局部升高，见图4c).斜T型油槽进出口的油液温度差明显高于径向油槽，提高油液的利用率.通过2个摩擦片模型温度场的分析，可以看出斜T型油槽有效降低摩擦片表面的最高温度，热交换更充分，散热能力明显强于径向油槽.以下通过斜T型油槽速度场和迹线图的单独分析，解释其散热能力强的原因.3.2 斜T型油槽的速度场和迹线图分析由图5a)所示的斜T型油槽摩擦片的速度场中可知，油槽中的油液流速变化跨度较大，在0.33～3.10 m/s之间.在斜T型油槽的大多数连通部分，油液流速比径向部分大.然而，在少数油槽的连通部分，油液流速极小，见图5b).跟踪油液粒子轨迹得到斜T型油槽摩擦片中油液的迹线图，特别是油液流速极大或极小的一些典型部分的局部放大图，以分析油液在油槽中的流动情况，见图6.图6b)和c)为大部分油槽中油液的流动情况，油液从入口垂直流入，部分经过油槽连通部分从下一个出口流出，另一部分油液流动的路径较长，从第三、四甚至更远的出口流出.在这些油槽中，油液对流换热的效果明显有所增强.部分油液在油槽连通部分冲击壁面受到阻碍而产生涡流，扰乱油液流动，降低了油液的流速，影响了油液对流换热的效果，故该处温度明显高于其他油槽部分，造成了局部热现象，但温度值小于摩擦片的最高温度及润滑油黏度下降的极限温度，对摩擦片和润滑油的正常工作没有影响.1) 斜T型油槽的进出口油液温度差明显大于径向油槽，有效地提高了油液的利用率.2) 斜T型油槽增加了对流换热的面积，使热交换更充分，有效降低了摩擦片表面的最高温度，提高了摩擦片的散热能力，缓解了摩擦片的热失效.3) 斜T型油槽的连通部分存在一定的角度，所以油液在足够的热交换之后能够及时的流出.油液不会在油槽中长时间停留，而造成油液温度升高，避免了油液粘度降低、热分解等问题.【相关文献】[1]LI M, KHONSARI M M, MCCARTHY D M C. Parametric analysis for a paper-based wet clutch with groove consideration[J]. Tribology International,2014,80:222-233.[2]刘小川.湿式离合器温度场及控制策略研究[D].重庆：重庆理工大学,2015.[3]陈遥飞.湿式多片离合器热失效及摩擦特性研究[D].重庆：重庆大学,2009.[4]韩勇.基于CFD技术的湿式摩擦片仿真分析研究[D].长春：吉林大学,2011.[5]张传芳.基于CFD的多片湿式离合器摩擦片间流体特性研究[D].长春：吉林大学,2014.[6]高耀东,李新利.离合器摩擦片温度场的有限元分析[J].煤矿机械,2007(6):73-75.[7]莫乃榕.工程流体力学[M].2版.武汉：华中科技大学出版社,2009.[8]潘丽.温式多片摩擦离合器流场动态仿真及流道优化[D].重庆：重庆大学,2012.[9]JANG J Y, KHONSARI M M. Three dimensional thermohydrodynamic analysis of a wet clutch with consideration of grooved friction surfaces[J].Tribol-tasme，2011，33:15-19.。
汽车离合器基本参数的优化设计
2000年6月 十堰职业技术学院学报 June,2000第13卷第2期 Jou rnal of Sh iyan T echn ical In stitu te V o l.13N o.2汽车离合器基本参数的优化设计王 萌(十堰职业技术学院 机械工程系,湖北 十堰 442000) [摘 要] 汽车离合器的基本参数主要有离合器的后备系数Β、摩擦面单位面积上的压力p0、摩擦片外径D和内径d等,这些参数的变化直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。
本文采用优化设计方法来确定最佳的离合器基本参数,实例计算表明了该方法的实用性。
[关键词] 离合器;基本参数;优化设计[中图分类号] U463.211 [文献标识码] A [文章编号] 100824738(2000)022*******α1 前言离合器是汽车底盘的重要部件,它直接与发动机相联系,用来切断和实现对传动系的动力传递,以保证在汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合,使汽车平稳起步;在换档时将发动机与传动系分离,减少变速器中换档齿轮之间的冲击,便于换挡;在工作中受到大的动载荷时,能限制传动系所承受的最大转矩,防止传动系各零件因过载而损坏;并可有效地降低传动系中的振动和噪声。
设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数,这些参数直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。
以往设计汽车离合器常采用经验或试凑的方法,很难获得最佳的离合器基本参数。
为此本文采用优化设计方法来确定离合器基本参数。
2 离合器基本参数分析摩擦离合器靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩。
根据摩擦定律,离合器的静摩擦力矩可表示为:T c=fFZR c(1)式中,T c为静摩擦力矩(N・m);f为摩擦表面间的静摩擦系数;F为压盘施加在摩擦面上的工作压力(N);R c为摩擦片的平均摩擦半径(m);Z为摩擦面数。
假设摩擦片上压力均匀,则有: R c=D 3-d33(D2-d2)=D2+D d+d23(D+d)(2) F=p0A=p0Π(D2-d2)4(3)α[来稿日期] 2000203215[作者简介] 王萌(1976—),女,十堰职业技术学院机械工程系助教。
离合器设计方案说明书
离合器设计方案说明书一、背景及需求分析离合器是汽车等机械设备中重要的传动部件之一，用于控制发动机与传动系统之间的连接和分离。
通过合理设计和选用合适的材料，可以提高离合器的传动效率和寿命，降低能源消耗和成本。
本文档旨在介绍一种优化的离合器设计方案，满足以下需求： 1. 提高离合器的传动效率； 2. 增加离合器的使用寿命； 3. 降低离合器的成本。
二、设计思路基于需求分析，我们提出以下设计思路： 1. 优化材料选择：选择高强度、耐磨损和热稳定性好的材料，以提高离合器的性能和使用寿命； 2. 优化结构设计：通过改进离合器的结构和尺寸，提高转矩传递效率和减小传动损失； 3. 优化摩擦片设计：结合摩擦片表面涂层技术，提高摩擦片与离合器盘的摩擦系数，以提升传动效率； 4. 应用驱动控制技术：结合驱动控制系统，实现离合器的精确控制和自适应调节，提高驾驶性能和舒适性。
三、具体实施方案1. 材料选择根据需求分析和研究数据，我们建议采用以下材料： - 离合器盘和飞轮：优质钢材，具有高强度和热稳定性； - 摩擦片：高温耐磨陶瓷材料，表面涂覆金属及摩擦材料复合涂层，提高摩擦系数和耐磨损性； - 弹簧：优质高强度弹簧钢，提高弹簧的耐久性。
2. 结构设计优化优化离合器的结构和尺寸，重点包括： - 提高接触面积：增大离合器盘和飞轮的接触面积，以提高传递转矩的能力； - 减小离合器盘和飞轮的质量：减小离合器盘和飞轮的质量，降低离合器的惯性，减小传动损失； - 设计合理的冷却系统：引入冷却系统，保持离合器在高温工况下的稳定性和寿命。
3. 摩擦片设计优化优化摩擦片的设计，注重以下方面： - 表面涂层技术：采用金属及摩擦材料复合涂层，提高摩擦片的摩擦系数和耐磨性； - 结构调整：优化摩擦片的密封结构，减小气密性损失，提高传动效率； - 磨损监测：引入磨损监测系统，实时监测摩擦片的磨损情况，提前预警更换。
4. 驱动控制技术应用通过引入驱动控制系统，实现离合器的精确控制和自适应调节，以提高驾驶性能和舒适性： - 采用电子控制单元（ECU）：实现离合器的精确和快速控制； - 引入传感器：监测驱动系统和行驶状况，实现自适应调节； - 优化离合器调节策略：结合驱动控制系统，设计合理的离合器调节策略，提高换挡的顺畅性和驾驶舒适性。
湿式摩擦离合器多目标优化设计
2023年第47卷第5期Journal of Mechanical Transmission湿式摩擦离合器多目标优化设计蒋凯1李华1陈思1李石磊1任荣智2（1 四川大学机械工程学院，四川成都610065）（2 四川坤成润科技有限公司，四川成都610105）摘要湿式离合器的带排转矩影响传动装置的效率，离合器的接合转矩影响传动装置的可靠性，但在通常情况下，降低带排转矩和增大接合转矩是相互矛盾的。
以湿式摩擦离合器为研究对象，以湿式离合器摩擦片内径、外径、径向槽深、径向槽宽和径向槽数、摩擦副间隙为优化设计变量，以离合器的带排转矩最小和接合转矩最大为优化目标，建立优化设计数学模型，给出了Matlab的优化工具箱求解方法；并以某压裂车变速箱离合器为实例，进行了多目标优化设计。
优化后带排转矩减小了31.67%，接合转矩增加了33.51%。
结果表明，所提优化方法有效，可为湿式离合器的摩擦片结构设计与参数优化提供理论参考。
关键词湿式摩擦离合器带排转矩接合转矩优化设计Multi-objective Optimization Design of Wet Friction ClutchesJiang Kai1Li Hua1Chen Si1Li Shilei1Ren Rongzhi2(1 School of Mechanical Engineering, Sichuan University, Chengdu 610065, China)(2 Sichuan Kunchengrun Technology Co., Ltd., Chengdu 610105, China)Abstract The drag torque of the wet clutch affects the efficiency of the transmission, and the engagement torque of the clutch affects the reliability of the transmission. However, reducing the drag torque and increasing the engagement torque are generally contradictory. This study takes the wet friction clutch as the research object, and takes the inner diameter, outer diameter, radial groove depth, radial groove width and number of radial grooves, friction plate clearance of the wet clutch as the optimal design variables. The minimum drag torque and maximum engagement torque are the optimization objectives, the mathematical model of the optimization design is established, and the solution method of the optimization toolbox of Matlab is given. Taking a fracturing truck gearbox clutch as an example, the multi-objective optimization design is carried out. After optimization, the drag torque is reduced by 31.67%, and the engagement torque is increased by 33.51%. The results show that the optimization method used in this study is effective and can provide theoretical reference for the design of the friction plate structure and the optimization of clutch parameters.Key words Wet friction clutch Drag torque Engagement torque Optimization design0 引言湿式摩擦离合器是摩擦片和对偶钢片在润滑油中工作的摩擦离合器，通常为多盘式（图1）。
湿式摩擦离合器摩擦片表面油槽结构及摩擦特性研究现状
0 引言湿式离合器是一种具有换挡平顺、工作寿命长等优点的换挡装置，其被广泛应用于重载军用车辆、工程机械传动装置和乘用车自动变速器中，实现传输动力并控制主从动部件连接和断开的核心装置[1]。
湿式离合器的带排转矩不仅影响传动效率，影响其使用寿命，也影响燃油经济性。
目前，我国国内市场上的大多数自动变速系统均为进口或引进国外技术生产，我国自主设计研发的变速系统较少，且与国外变速系统相比，性能存在较大的差距[2-3]。
因此，开发一套拥有自主知识产权的自动变速器核心部件有助于提升我国的国际竞争力。
带表面油槽的离合器摩擦片是减少带排扭矩的常用方法[4]，基于摩擦片上的油槽结构开展研究，介绍湿式离合器的发展史及工作原理，分析油槽结构研究现状，并提出相关建议。
1 湿式离合器原理1.1 工作原理湿式离合器结构图如图1所示，湿式摩擦离合器完全浸泡在油或润滑物质中的环境中运行，其流体介质主要有润滑、冷却和散热等多种功能。
在接合阶段，位于离合器系统内部的摩擦盘相互接触，促进耦合部件之间的动力传输，实现扭矩传递[5]。
在断开阶段，涉及摩擦片的分离，导致它们之间形成间隙，最终停止动力输出。
由于离合器片在充满油或润滑剂的环境中运行，这种环境有效降低了摩擦和磨损，在面对不同情况也能实现平稳的接合和断开[6]。
1.2 润滑和冷却润滑和冷却的功能对湿式摩擦离合器起着至关重要的作用，显著影响其运行效率和寿命。
摩擦盘和分隔器之间的润滑剂流动示意图如图2所示，离合器在一个封闭的壳体内运行，其中含有油或润滑剂，是一个润滑的环境，摩擦盘和分隔器盘在其中相互接触[7]，减少了磨损。
离合器接合的现象涉及两个不同的润滑膜阶段，即挤压（对应于流体动力润滑）和挤扁（与混合润滑有关）。
不同的阶段主要受到流体黏度变化的影响[8]。
除此之外，润滑剂的流动可以有效带走热量，有效防止过热的发生，收稿日期：2023-11-10作者简介：陈钰尘（1985—），男，浙江杭州人，硕士研究生，高级工程师，研究方向：齿轮传动设备的设计、制造。
高速湿式离合器低带排转矩参数优化设计
高速湿式离合器低带排转矩参数优化设计
王玉玺;赵俊生;李雪明;高卫东;巩克
【期刊名称】《机械传动》
【年(卷),期】2024(48)3
【摘要】为了降低湿式离合器高速工况下产生的带排转矩,以某履带车辆湿式离合器为研究对象,在传统低速带排转矩模型中引入并计算了等效半径,推导了含径向槽湿式离合器高速工况下的带排转矩计算模型;建立了以离合器3个工况参数、摩擦片5个结构参数为设计变量,以最小带排转矩为优化目标的优化设计模型,基于鲸鱼优化算法(Whale Optimization Algorithm,WOA)对目标函数进行求解,优化后带排转矩减小了35.6%;并利用Simulink建立了目标函数的动态响应模型,对优化结果进行验证。
结果表明,所设计优化方法有效,可为湿式离合器的结构设计和参数优化提供参考。
【总页数】6页(P67-72)
【作者】王玉玺;赵俊生;李雪明;高卫东;巩克
【作者单位】中北大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U46
【相关文献】
1.高速工况下湿式离合器带排转矩特性的仿真与试验研究
2.车用空载湿式离合器高速碰撞摩擦特性及带排转矩分析
3.高速多片湿式离合器低带排转矩参数优化设计
4.
高速多片湿式离合器带排转矩预测模型5.湿式离合器欠约束摩擦副临界碰摩转速及带排转矩分析
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高湿式离合器的工作效率，所以选择湿式离合器接合过程产生
的滑摩功、离合器传递摩擦转矩和接合时间作为优化目标，这就
构成了多目标优化，进而利用线性加权法对目标函数进行处理。
2.2.1滑摩功
年第 期
河北
机电·教育·推广
HEBEINONGJI
农机
湿式离合器的滑摩主要发生在离合器的接合过程中，滑摩
初始位置，动力传递中断。
2湿式离合器摩擦片的参数优化
2.1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ计变量
湿式离合器的摩擦转矩以及储备系数体现了湿式离合器工
作过程中传递转矩的能力，湿式离合器传递摩擦转矩的公式为：
2
33
M= π×μ×p×（R -R）×Z
f
b
21
3
（1）
式中，μ 为摩擦系数；F为摩擦片压紧力；r为作用半径；Z e
为摩擦副数。
河北
HEBEINONGJI
机电·教育·推广
农机
摘 要：基于有阻尼孔湿式离合器的设计公式，选取湿式离合器接合时产生的滑摩功、摩擦转矩和接合时间为目标 函数，将储备系数，摩擦片内外径比以及摩擦片最大圆周速度等处理为约束条件，对摩擦片参数和阻尼孔参数进行优化 设计，使用二次序列法对目标函数进行求解，并且通过一组算例进行说明。结果表明，优化的湿式离合器接合时间和滑 摩功得到了明显的降低，同时提高了湿式离合器的传递转矩。进而对湿式离合器接合时间进行了试验验证，试验结果与 优化结果基本一致。本文研究内容为湿式离合器在实际生产中的应用提供了理论参考。
时间长，进而延长了湿式离合器接合时间，所以选择湿式离合器
πneR2
-3
v= ×10≤65m/s
120
（12）
式中，n为发动机最大转速。 e
（4）摩擦片内外半径之比 a m
摩擦片内外半径的差值过大，会使摩擦片因沿径向产生较
大的温度梯度而失效，但若内外半径差值过小，会使摩擦副的摩
擦面积太小，影响离合器的传递扭矩能力，所以 a一般取 m
功越大，则湿式离合器接合过程中转化的热量就越多，意味着接
合元件产生的热量和磨损越严重，所以滑摩功的大小也体现了
摩擦片的磨损程度。忽略道路阻力矩以及离合器接合前的滑摩
功，则离合器接合一次的滑摩功近似为：
-3
2
5.48×10JJ（n-n） 12 1 2
W= m
[J（2 1-M1/Mf）+J（1 1-M2/Mf）]
阻尼孔位于湿式离合器外毂上，且属于常通孔，所以在湿式
离合器工作过程中，其油腔一直存在油液泄漏，在湿式离合器接
合过程中通过阻尼孔的流量为：
4
22
πd
ωr
1
q=
[p+ρg（ +x）]
128ηL
2g
（2）
根据湿式离合器传递摩擦转矩公式可以看出，湿式离合器
摩擦片内外径、摩擦副数以及压紧力直接影响着湿式离合器传
关键词：湿式离合器；滑摩功；摩擦片；阻尼孔
有阻尼孔 湿式离合器摩擦片和阻尼孔参数优化设计
1
2
穆亮圣 杨夏
1、洛阳北方玻璃技术股份有限公司 2、河南科技大学机电工程学院
引言 湿式离合器作为自动变速箱的一个核心部件，其工作过程 不仅需要传递扭矩，而且还需降低离合器工作过程中产生的热 量，提高湿式离合器的工作性能，所以合理地选择离合器的设计
递扭矩的大小，根据阻尼孔流量公式可以看出，阻尼孔孔径、阻
尼孔的长度以及阻尼孔的位置是影响阻尼孔流量的主要参数，
因此将优化设计变量选为：
T
X=[X，X，X，X，X，X，X] 1234567
T
=[P，R，R，Z，d，L，r] b21
（3）
2.2目标函数
湿式离合器工作过程不仅要保证传递转矩，还需降低离合
器工作过程中产生的热量，同时还需要缩短离合器接合时间，提
2.2.2摩擦转矩
为了保证离合器在工作过程中的可靠性，应考虑湿式离合
器的摩擦力矩，取下式为目标函数：
f=min（M-βM）
2
f
（6）
式中，M为变速箱传递扭矩，β 为储备系数。
2.2.3湿式离合器接合时间
增加阻尼孔后，在湿式离合器整个工作过程中，均有流量从
阻尼孔流过，影响湿式离合器油腔内的压力建立，可能造成滑摩
1有阻尼孔湿式离合器的工作原理
1离合器外毂；2离合器活塞；3对偶钢片；4摩擦片； 5压盘；6离合器内毂；7回位弹簧；8传动轴；9进油口；
10泄油孔；11阻尼孔 图 1有阻尼孔湿式离合器的结构图 湿式离合器增加阻尼孔后，其结构如图 1所示。油液通过传 动轴上的进油口到达湿式离合器油腔，当作用在湿式离合器活
（4）
W ΔT= ≤[ΔT]
mc
（11）
式中，m为吸收摩擦副热量的零件质量；c为比热容；[ΔT]为
许用温升。
（3）摩擦片最大圆周速度 v
若摩擦片在外径处的旋转速度太快，润滑油将会被甩出，则
会造成摩擦片不能很好地冷却，导致摩擦片过热，因此外径处的
式中，n、n为主从动端接合前的转速；M 为离合器摩擦力
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塞上的压力超过一定值时，离合器活塞克服回位弹簧和其它元
件给予的阻力从初始位置开始运动，同时压紧摩擦片和对偶钢
片，此时紧贴离合器活塞的钢片将泄油孔孔口盖住，待油腔油压
上升到设定值时，湿式离合器逐渐完成接合过程，动力由传动轴
传递到负载。当传动轴上的进油口停止供油，离合器油腔内的油
液通过阻尼孔和泄油孔进行泄油，离合器活塞被回位弹簧推到
f
最大圆周速度一般取 65~70m/s。
矩。
湿式离合器接合过程中滑摩功过大，离合器长期工作将会
导致摩擦片失效，例如摩擦片烧坏、翘曲、熔化、烧结等，故控制
湿式离合器工作过程中的滑摩功尤为重要，所以取下式作为目
标函数：
f=min（W）=min（W /A）≤[W]
1
mz
（5）
式中，[W]为许用单位滑摩功；Az为所有摩擦副的工作面积。
[4]
等人针对湿式离合器热失效现象，对摩擦片尺寸和接合时间进
[5]
行了参数优化；尹明 等人对离合器结构参数进行优化，其优化 后离合器在工作过程中的平均温升得到明显降低。虽然很多学 者对离合器的结构参数进行了优化设计，但是增加阻尼孔后的 湿式离合器结构特殊，需进一步对离合器结构参数进行研究，所 以本文针对有阻尼孔湿式离合器的结构特点，对摩擦片参数、阻 尼孔参数和接合时间进行了优化设计。
[1]
参数显得尤为重要。徐超 将离合器接合时汽车的起步品质作为 优化目标，对双离合器自动变速箱起步过程进行优化设计；陈凤
[2]
通过对传统的 Metropolis算法进行改进，对重载用车辆的湿式
[3]
离合器进行优化设计；贾云海 以湿式离合器接合时的滑摩功和 其外形体积最小为目标函数，对摩擦片尺寸进行了优化；汤鹏翔