湿式摩擦离合器片翘曲变形研究_蔡丹
自动变速器湿式离合器摩擦片接合特性的测试方法研究
自动变速器如今在工程机械中已经受到广泛应 增加了 ,产生一个高的粘性力矩 。
用 。湿式离合器是自动换档变速器装置的一部分 ,
在结合过程中 ,油膜迅速减少 ,达到粘性力矩峰
它的接合特性在提高变速的平稳性中起着重要的作 值 。然后油膜保持稳定 ,这就表示第一阶段结束和
用 。然而 ,平滑换档和维持离合器高寿命的要求之 第二阶段开始时 ,出现最大力矩或者摩擦力峰值 。
体上 。因为纸基摩擦材料的热量传递系数大大低于
金属基材料 ,并且离合器表面液压油量很小 , 传递热
量可忽略不计 。可得离合器表面传热的一维方程式 :
9T 9t
=ρkc
92 T 9x2
(3)
式中 : T ( t) 为温度 ; x 为金属盘上热量传递的方向 ;
c、ρ分别为液压油的热容量和密度 , 通常取 c = 460 J ·kg - 1 ·K- 1 ;ρ = 7 800 kg m - 3 ; t 为过程时间 ; k
依据上述理论 ,可以设计湿式离合器摩擦片装 置 。实验使用的是从标准自动变速器上取得的纸基 湿式离合器摩擦片 ,试验离合器摩擦片的参数为内 直径 91. 8 mm , 外 直 径 108. 1 mm , 接 触 面 积 2 559 mm2 ,试验装置的输入输出参数与实际变速 器一致 。自动变速液 A TF 采用在 40 ℃时粘度为 36 mm2 s - 1 的矿物油 。
间有矛盾 ,因为平滑换档要求有较长的接合期 ,这就 导致了较高的热量负荷 ,影响离合器的使用寿命 。
在自动变速器中 ,离合器承受的能量有两种 :一 种是从惯性能量中获得的动力能量 ,这可以用被离 合器制动的旋转飞轮所模拟 ;另一种能量是由整个 接合过程提供的动力产生的驱动力矩 ,研究采用一 个可以在接合过程中提供驱动力矩和惯性转矩的湿 式离合器装置 ,模拟离合器面接合期与自动接合装 置的能量传递 ,接近实际工程机械中的使用 。
湿式摩擦离合器片翘曲变形研究_蔡丹
第20卷 第4期2000年8月北京理工大学学报Jo ur na l o f Beijing Institute o f T ech no lo gy V o l.20 No.4Aug.2000 文章编号:1001-0645(2000)04-0449-03湿式摩擦离合器片翘曲变形研究蔡 丹1, 魏宸官1, 宋文悦2(1.北京理工大学车辆与交通工程学院,北京 100081; 2.中国北方车辆研究所,北京 100072)摘 要:研究湿式摩擦离合器片表面载荷分布情况对其翘曲变形结果的影响.在台架试验中提供特殊的工况条件,对离合器对偶片做翘曲变形实验,根据实验结果确定不同的载荷分布与不同的翘曲变形形式之间的关系.研究表明,湿式摩擦离合器片在不同工况条件下分别出现碟形翘曲与波浪形翘曲;在离合器内齿片片外缘加载,接合时热负荷集中于片外边缘区域,易引起离合器片的碟形翘曲;在离合器外齿片片内缘加载,接合时热负荷集中于片内半径区域,易引起离合器片的波浪形翘曲.关键词:摩擦片;对偶片;翘曲变形;热负荷中图分类号:T J 81+0.32 文献标识码:A收稿日期:19990901基金项目:部级基金资助项目作者简介:蔡 丹,男,1968年生,博士生.翘曲变形是摩擦离合器片的主要失效形式之一.离合器工作时,摩擦产生的热量使摩擦片及对偶片产生热膨胀.由于片的各部分温度变化不均匀,其内部产生内约束,同时还存在外部的变形约束条件,热变形不能自由进行,在离合器片中产生热应力.工作时片中各点热应力值随着温度及约束等情况的改变而改变.一旦其值增大到超过材料屈服点,材料出现不可逆塑性应变,摩擦片或钢片就会产生永久变形,冷却后将存在残余应力.翘曲变形分为碟形翘曲与波浪形翘曲.碟形翘曲多出现在内齿片上,波浪形翘曲多出现在外齿片上.伴随着变形能发现片外缘或片内缘被烧黑的现象.固体受力被破坏的类型,取决于材料性能、工作温度和加载方式.如果两种片的材料一样,加载方式与工作温度就成了离合器片不同破坏形式的决定因素.为在台架试验中再现离合器片碟形与波浪形翘曲变形形式,作者设计了特殊的加载方式.离合器片工作时表面温度场由红外测温系统测量.1 摩擦离合器对偶片翘曲变形实验1.1 试验方法实验在制动式离合器试验台上进行.图1示出了实验台示意图.实验时试验片的每一次接合由如下过程实现:调节发动机转速至规定要求,发动机动力由变速箱传递到离合器箱;离合器接合,带动试验箱主动鼓转动;主动鼓转速达到实验规定要求后,离合器分离;制动器接合,实验片开始工作;主动鼓转速降为零后制动器分离,一个工作过程结束[1].试验片安装在制动式试验箱中.两组实验摩擦片与对偶片排列如图2所示.DOI:10.15918/j.t b i t1001-0645.2000.04.012图1 实验台示意图1——发动机;2——变速箱;3——离合器;4——飞轮组;5——测扭仪;6——测速齿轮组;7——制动式试验箱图2 试验片接触示意图 为达到特殊加载目的,在碟形翘曲实验中,摩擦片内边缘15mm 带宽的粉层被磨薄0.1mm ,使离合器接合载荷集中分布于对偶片外缘.在波浪形变形实验中,摩擦片片外缘15mm 带宽的粉层被磨薄0.1m m,这样离合器接合载荷集中分布于对偶片内边缘处.1.2 试验结果图3 试验结果照片依照图2表示的两种接触方式,试验箱主动轴转速依次以1500r /min,1700r /min,2000r /min 变化,使钢片(对偶片)与摩擦片在各转速下分别接合20次.试验完成后拆箱检查,两种钢片都出现了明显的翘曲变形.接合时热负荷集中于片外缘的内齿片出现了碟形翘曲;接合时热负荷集中于片内缘的外齿片出现了波浪形翘曲.试验件结果照片见图3.2 摩擦片的热应力与变形在非均匀温度场的作用下,摩擦片内部会产生复杂的应力状态.相对于圆周方向与轴向,温度场沿半径方向的不均匀性是最重要的和危险的.如果已知温度沿径向变化函数为T (r ),则摩擦片周向应力e θ与径向应力e r 可计算为e θ=T l E r 2r 2+r 2i r 2e -r 2i∫r e r i T (r )r d r +∫r r i T (r )r d r +T (r)2,(1)e r =T l E r 2r 2-r 2ir 2e -r 2i ∫r e r i T (r )r d r +∫r r i T (r )r d r ,(2)式中 T l ,E 为材料的线膨胀系数与弹性模量;r i ,r e 为摩擦片的内、外半径.计算表明,e r 值约低于e θ一个数量级,因此对总应力起关键作用的是圆周方向应力e θ.对于图4所示的温度状态,计算的摩擦片平面周向应力e θ如图5.应力e θ的重要特点是,在加温区域应力带负号,是压缩应力.如果热应力达到屈服极限,该区域就会发生塑性压缩.当温度平衡以后在这些地方会产生残余的拉伸应力,而在其他地方不发生变形.有压缩力(外力或内力)作用的任何弹性系统,在一定条件下可能丧失最初形状的稳定性.在摩擦片中这种稳定性的丧失,决定于压缩应力的分布,引起摩擦片内或外边缘的凸出.摩擦打滑主要集中在片外边缘的情况,温度降低后450北京理工大学学报第20卷 压缩残余应力作用在摩擦片内边缘区域,摩擦片易出现碟形变形.波浪形变形是由于摩擦片外边缘丧失稳定性,这种情况发生在接触工作面积基本上集中在内边缘附近的情况下,温度降低后压缩残余应力作用在摩擦片外边缘.理论上波浪形变形可以有任意的节点(或波浪)数,但是摩擦片在自由状态时只有两节点状态是稳定的[2].图4 摩擦片沿半径方向温度的变化图5 摩擦片平面上周向应力e θ3 结 论翘曲变形是摩擦片在其周向残余应力作用下丧失平面形状稳定性的结果.影响摩擦片稳定性的因素,除了应力外,也与它的几何尺寸有关.通常,小尺寸的摩擦片较为稳定;摩擦片越厚,抗变形能力越强;摩擦片带面宽度增大,其变形的倾向性也增大.参考文献:[1] 蔡 丹.湿式摩擦离合器片翘曲变形分析[D ].北京:中国北方车辆研究所,1995.[2] 沃尔科夫尤帕,巴依科夫阿弗.履带车辆的设计与计算[M ].刘太来译.北京:北京理工大学出版社,1997.Friction Discs Distortion Phenomena in Wet ClutchC AI Da n 1, W EI Chen-g ua n 1, SON G W en-yue2(1.Schoo l o f V ehicle and T ra nspor tation Eng ineering ,Beijing Institute o f Techno lo g y ,Beijing 100081;2.China N o rth V ehicle Resea rch Institute ,Beijing 100072)Abstract :To study the influence of different fo rm s of loading conditio ns o n thermal defo rmatio ns of plates in wet clutch ,a test in w hich the pressure distributions on steel disc 's surface were stro ng ly non -unifo rm w as do ne .The ex perimental results indica ted tha t co nica l defo rmatio n or disc w aviness appea red under different loading conditions.Thermal loading co ncentrated on the outer circumference of the discs during the eng agement time may result in a form o f co nica l defo rmatio n.Disc w aviness ma y arise if the surface pressure is higher near the inner circumference of the discs than near their outer parts.Key words :frictio n discs ;dual discs ;w arping defo rmatio n ;thermal loading 451 第4期蔡 丹等:湿式摩擦离合器片翘曲变形研究。
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。
湿式多片摩擦离合器接排过程热结构耦合分析
１ 引 言
湿 式 多 片摩 擦 离 合 器传 递 转 矩 大 、 承载 能力 强 、
ｔ ｅｈ ｏ ｌ ｔｈ ｇ ａ ｔｍｕ ｔ —ｄ ｓ ｒ ｅ ｃｕｃ ｅ ｔ ｆｃ ｕ ｃ ｅ ｒｏ ｗｅ ｌ ｆ ｉ ｉｋ ｍａ ｉ ｌ ｔｈ，ｔ ｅｎ ｒ ｌ ｒ ｓｕ ｅ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅｄ ｓ ｓｗ ｒ ｎ ｌｚ ｄ， ｈ ｃ ｉｎ ｄ ｓｒ ｎ ｈ ｏ ｍａ ｐ ｅ ｓ ｒ ｅ ｗ ｅ ｉｋ ｅ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｔ ｅ ｆ ｔ ｔｉ ｈ ｉ ｒ ｏ ｉ —
ＨｅＺ ｅ—ｙ Ｌ ｅ—ｓｅｇ ， ｉ Ｔ ｎ — ｉ ａ ｌ ｉ ， ｖＨ ｎ ｈ ｎ Ｌｎ ｅ ｇ ｊ ｏ ，Ｐｎ ＿ ａ ｉ ｆ
（ ．Ｓａ ｅ ｂｒｔｙｏ ｅｈ ｎ ａ ａｓ ｉｉ ，Ｃ ｏｇ ｉ ｎｖ￣ｔ， ｈｎ ｑ ｇ ０ ０ ０ Ｃ ｉ ； １ ｔｅｋｙｌ ｏａｏ ｔ ａ ｒ ｆｍ ｃａ ｉ ｌｒｎｍｓｏ ｃ ｔ ｓ ｎ ｈｎ ｑ ｇｕｉ ｉ Ｃ ｏｇ ｉ ４ ０ ３ ， ｈｎ ｎ ｅ ｙ ｎ ａ
摘 要： 针对船 用齿轮 箱湿式多片摩擦 离合 器 ， 考虑摩擦片与摩擦 片座外花键 、 对偶 片与 离舍 器齿轮 内花键 间摩擦 力 作 用， 分析 了摩擦 片副 间的正压力和花键 齿间摩擦 力的分布 规律 ， 并计算 了摩擦 片副 的热 流密度及对 流换热 系数 ； 用 Ａ Ｓ Ｓ建立 了多对摩擦 片副的热弹接 触有 限元 分析 模型 ， 利 ＮＹ 通过瞬 态热结构耦合 分析 ， 出接排 过 得 程 中摩擦 片副间温度 云图及 温度 沿径 向、 轴向分布规律 ， 同时分析 了摩擦 片的热弹变形及 片间接 触压力。
ｂ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔｅｈ ｗ ｒ ｏ ｃ ｕ ｅ ｕｉ ｗ ｏ ｅ ｈ ｅ ｔ ｅ ｅ ｃ ｎ ｌ ｄ ｄ，ａ ｄ ｔｅ ｈ ｅ ｔ ｕ ｎ ｏ ｖ ｃ ｉｎ ｈ ａ ｒ ｓ ｒｅ ｆ ｃｅ ｏ ｃ ｉｎ ｄｓ ｓ ｗ ｉ ｎ ｈ ｎ ｔ ｅ ｈ ａ ｘ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｅ ｔｔ ｌ ｆ ｏ ｎ ｅ ａ ｆ ｅ ｌ ｉｍ ｆ ｒ ｔ ｉｋ ｅ＇ ｌ ｆ ｉ ｏ ￣
自动变速器用湿式摩擦纸的国产化研究
含有纤维材料、无机物、有机物和酚醛树脂粘接剂等
成 分 。这 些材 料 通过 机械 搅 拌 的方 式混 合均 匀 ，然 后 在一 定 的温度 和 压 力条 件下 制成 需 求厚 度 的片状 湿 式 摩擦 纸 。
２２摩擦磨损特性分析 ＿ 图４ 为国外不 同车型用湿式纸基摩擦片样品。对 这些样品的摩擦磨损性能进行试验分析 ，旨在为湿式
图２ 样 品１ 的分 析结 果
从图２ 可见 ，样品１ ａ 中含有大量 的纤维材料 ；由
图２ 可 知 ，样 品 １ ｂ 中含 有Ｃ 、０、Ｎ 、Ａ 、Ｓ等 元素 ； ａ Ｉ ｉ 将 图２ 与标准 谱 图 比对 ，确 定 样 品 １ 用 的粘 接 剂 为 ｃ 采 酚 醛树 脂粘 接 剂。 从 图 ３ 可 见 ，样 品 ２ 同 样 含 有 大 量 的 纤 维 材 ａ 中 料 ；由 图３ 可 知 ，样 品２ ｂ 中含 有 Ｃ 、０、Ａ、Ｓ、Ｆ 等 Ｉ ｉ ｅ 元 素 ；将 图３ 与标 准 谱 图 比对 ，确 定 样 品２ ｃ 同样 使用
变导致动摩擦系数的反复变化。根据试验结果 ，在不 考虑其他影响因素的情况下 ，确定动摩擦系数的设计
范 围为０１ — －２ ．２ ０２ 。
６ （ 动摩 擦 系数３ ２ 次数 的变 化情 况 ４） ５ ４ 随试 验 １ Ｏ
数确定为５Ｘ１ 胡ｃ ／。 ｍ３ ０ Ｊ
（ Ｒ），目的是 为研 发国产 湿式摩 擦纸提供设计依 １
据 ，结果见 图２ 图３ 和 。
是湿式离合器非常重要的零部件 之一，其主要功能是
保 证发 动机 扭 矩 的顺利 传 输 以及在 传输 过程 中湿式 摩
擦片和对偶摩擦副的接合平顺、摩擦噪声小。可见 ，
对 湿式 纸 基摩 擦 片而 言 ，湿式 摩擦 纸 的性 能是 至 关重 要 的 。 湿 式 纸基 摩 擦 片于 １ ５ 年 获得 首 次使 用 ，至 ７ ９
湿式多片离合器摩擦副温度仿真分析
图 ｌ 湿 式 多 片 离合 器 结构
收 稿 日期 ： １ ０ ２ １— ４一ｌ ０ ８
基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目（ １７ ４ １ ； ５０ ５ １ ） 机械传动 国家重点实验室 自主研究项 目 作者简介 ： 亚联（９２ ）男 ， 研究员 ， 杨 １７ 一 ， 副 主要 从 事 动力 传 动 及 控 制研 究 。
１ 湿 式 多片 离 合 器 滑 磨 功 数 学 计 算 模 型
１ １ 湿 式 多 片 离 合器 工作 原 理 ． 湿 式 多 片离 合 器 结 构 如 图 １所 示 ， 要 由 摩 擦 片 、 偶 主 对 钢片、 缸、 油 活塞 等 部 件 组 成 。摩 擦 片 是 将 铜 基 粉 末 粘 结 在 带 有 内齿 的 基 片 钢 片 两 侧 制 成 ， 侧 粉 末 粘 结 层 厚 度 均 为 两 ０ ５ｍｍ， 片 钢 片 厚 度 为 １２ Ｉ ｌ 对偶 钢 片 厚 １２ｍｍ。湿 ． 基 ． ｎ； ｎ ． 式 多 片离 合 器 接 合 时 ， 工作 压 力 油 经 控 制 油 道 进 入 活 塞 右 侧
油缸 ， 活塞在工作压力 油压 力的作 用下 向左移 动， 动钢 片 推
逐 渐 压 紧摩 擦 片 ， 片 和 摩 擦 片 经 过 滑 摩 逐 步 达 到 同 步 旋 钢
合器的热问题作 了， 泛研 究
。本 文 在 国家 自然科 学基
转 ， 而实现动力传 动 。湿式 多片 离合器分 离时 ， 制油道 从 控 与油箱连通 ， 工作 压力 油流 回油箱 ， 油缸 内作用 于活塞 上 的
第３ ２卷 第 ７期
关于湿式离合器几个工作特性研究的开题报告
关于湿式离合器几个工作特性研究的开题报告一、研究背景湿式离合器作为一种传动部件，在汽车、摩托车等交通工具中广泛应用。
其作用是将发动机的动力传递给变速箱，并且在换挡时实现平稳的过渡。
湿式离合器通过在离合器片和壳体之间注入一定量的油液，形成摩擦阻力，在摩擦过程中将离合器片和壳体产生摩擦力，实现动力传递与断开。
因此，湿式离合器的性能特点对其传动性能具有重要影响。
二、研究内容本文主要从以下几个方面研究湿式离合器的工作特性：1. 离合器片压力对摩擦转矩的影响：通过实验探究不同离合器片压力下，摩擦转矩的变化规律，分析离合器片压力对摩擦转矩的影响机理。
2. 油液温度对离合器片摩擦特性的影响：通过改变油液温度，探究离合器片摩擦系数、摩擦转矩等特性变化规律，分析油液温度对离合器片摩擦特性的影响机理。
3. 离合器片磨损对摩擦特性的影响：通过对离合器片磨损程度进行实验控制，探究磨损对摩擦系数、摩擦转矩等特性变化规律，分析离合器片磨损对摩擦特性的影响机理。
4. 离合器片材料对摩擦特性的影响：通过对不同离合器片材料进行实验比较，探究材料对摩擦系数、摩擦转矩等特性变化规律，分析材料对摩擦特性的影响机理。
三、研究方法本文采用湿式离合器实验平台，通过改变实验条件，进行测量和数据分析。
为了保证实验的可靠性和精度，我们将采用以下实验方法：1. 变化离合器片压力：通过调节压缩机气压大小，控制离合器片压力的大小，进行离合器摩擦转矩的实验测试。
2. 变化油液温度：通过加热器加热油液，控制油液温度大小，进行离合器摩擦转矩、摩擦系数等特性变化的实验测试。
3. 控制离合器片磨损程度：通过人工制造离合器片不同程度的磨损，控制磨损程度，进行离合器摩擦特性的实验测试。
4. 比较不同离合器片材料：通过选用不同种类、不同材质的离合器片，进行性能比较和实验测试。
四、研究意义1. 对汽车摩擦传动机构的研究，对汽车传动系统的优化与改进具有一定的工程意义。
2. 对湿式离合器的工作性能特性研究，有助于进一步理解其工作原理和优化结构设计，提高离合器的可靠性和寿命。
一种新型湿式摩擦离合器[发明专利]
![一种新型湿式摩擦离合器[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a504f73a33d4b14e84246871.png)
专利名称：一种新型湿式摩擦离合器
专利类型：发明专利
发明人：楼丽艳,骆军芝,朱俊,徐灿中,董朝军,沈鸣皋,黄伟荣,俞跻聪,钱天国
申请号：CN201811555964.7
申请日：20181219
公开号：CN109340275A
公开日：
20190215
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于机液混合的动力传送装置技术领域，尤其涉及一种新型湿式摩擦离合器，输入轴的一端设有滚针轴承一，滚针轴承一上连有输出轴，输入轴上连有外壳，输出轴上连有离合器座，外壳内设有摩擦片和回复弹簧，摩擦片包括内摩擦片与外摩擦片，外摩擦片与外壳连接，内摩擦片与离合器座连接，离合器座上设有油缸，油缸内设有活塞，离合器座上连压板，压板位于活塞与摩擦片之间并与回复弹簧相连；本发明的优势在于：离合器座与油缸通过深沟球轴承一和滚针轴承二连接，工作时，油缸始终保持静止状态，压力油直接从进油孔导入，缩短了压力油路线，较少了相应的密封件，大大降低了压力油的压力损失和漏油风险。
申请人：绍兴前进齿轮箱有限公司
地址：312000 浙江省绍兴市柯桥区镜水路0603号
国籍：CN
代理机构：绍兴市越兴专利事务所(普通合伙)
代理人：蒋卫东
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摩托车湿式离合器摩擦片的研制
摩托车湿式离合器摩擦片的研制
陈和发
【期刊名称】《摩托车技术》
【年(卷),期】1994(000)006
【总页数】6页(P10-15)
【作者】陈和发
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U483
【相关文献】
1.高速湿式离合器摩擦片角向摆动自振模型 [J], 彭增雄;孙钦鹏;胡纪滨
2.重型拖拉机湿式离合器摩擦片耐磨仿生设计与试验 [J], 谭立东;宗宣洁;常志勇;王艳博;陈东辉
3.有阻尼孔湿式离合器摩擦片和阻尼孔参数优化设计 [J],
4.考虑接触面局部散热的湿式离合器摩擦片滑摩温升特性 [J], 吴健鹏;马彪;李和言;刘继凯
5.湿式离合器摩擦片接合过程温度场分析 [J], 杨勇强;王忠民;王永琴
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自动变速器湿式离合器片的失效形式与原因分析
自动变速器湿式离合器片的失效形式与原因分析作者：文 / 贾鹏来源：《时代汽车》 2018年第3期摘要：本文主要对自动变速器中湿式离合器片的常见失效形式、故障现象进行阐述，并对其失效原因进行分析。
关键词：湿式离合器片；摩擦片；摩擦特性；失效形式；原因分析1 引言当前常见的汽车自动变速器，包括传统的AT、CVT变速器以及新式的DCT双离合器变速器等都有用到离合器模块，用于动力的切换、换挡、制动等。
其中的湿式离合器片作为离合器组件的关键部分，直接影响变速器正常运转和安全工作，需要其具备很好的稳定性、耐久性、和耐热性。
因此，熟悉离合器片的相关工作原理及其失效形式，对于自动变速器的离合器设计和故障分析非常重要。
本文将主要论述湿式离合器片的失效形式及其发生原因。
2 湿式离合片的组成如下图1所示，湿式离合器片由摩擦片和与之相配合的对偶钢片组成，其中起关键作用的是摩擦片，直接影响离合器的工作性能。
摩擦片是由芯片和摩擦材料胶接组成，摩擦材料分多种，有干式和湿式两种，这里主要分析目前广泛应用的湿式纸基摩擦材料。
纸基摩擦材料是一种复合材料，由高分子粘合剂、增强纤维、调节剂等组成。
其特点是具有良好的摩擦特性、高耐热性、耐磨性和机械强度。
3工作原理离合器的工作原理是通过液压系统控制离合器的结合与分离，以实现离合器的动力传递、换挡、制动等功能。
离合器的大致结构如下图2所示，主要由摩擦片、对偶钢片、驱动活塞、外壳、轴套、卡环等元件组成，外壳与轴套分别连接不同的单元。
工作时在油压作用下，活塞压紧多个摩擦片和钢片使其啮合，依靠摩擦片的摩擦力矩或传动元件的刚性结合传递能量，实现输出不同扭矩和转速，回油压后则在弹簧力的作用下使摩擦片和钢片分离，从而断开接合，使外壳和轴套分别以各自形式运转。
4 常见的失效形式及其现象失效是指失去原设计所规定的功能，离合器片失效模式分为热失效和机械失效。
常见的失效形式主要有三种：离合器片的磨损、离合器片烧蚀以及摩擦特性的改变。
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第20卷 第4期2000年8月北京理工大学学报
Jo ur na l o f Beijing Institute o f T ech no lo gy V o l.20 No.4Aug.2000
文章编号:1001-0645(2000)04-0449-03
湿式摩擦离合器片翘曲变形研究
蔡 丹1, 魏宸官1, 宋文悦2
(1.北京理工大学车辆与交通工程学院,北京 100081; 2.中国北方车辆研究所,北京 100072)
摘 要:研究湿式摩擦离合器片表面载荷分布情况对其翘曲变形结果的影响.在台架试验
中提供特殊的工况条件,对离合器对偶片做翘曲变形实验,根据实验结果确定不同的载荷
分布与不同的翘曲变形形式之间的关系.研究表明,湿式摩擦离合器片在不同工况条件下
分别出现碟形翘曲与波浪形翘曲;在离合器内齿片片外缘加载,接合时热负荷集中于片外
边缘区域,易引起离合器片的碟形翘曲;在离合器外齿片片内缘加载,接合时热负荷集中于
片内半径区域,易引起离合器片的波浪形翘曲.
关键词:摩擦片;对偶片;翘曲变形;热负荷
中图分类号:T J 81+0.32 文献标识码:A
收稿日期:19990901
基金项目:部级基金资助项目
作者简介:蔡 丹,男,1968年生,博士生.
翘曲变形是摩擦离合器片的主要失效形式之一.离合器工作时,摩擦产生的热量使摩擦片及对偶片产生热膨胀.由于片的各部分温度变化不均匀,其内部产生内约束,同时还存在外部的变形约束条件,热变形不能自由进行,在离合器片中产生热应力.工作时片中各点热应力值随着温度及约束等情况的改变而改变.一旦其值增大到超过材料屈服点,材料出现不可逆塑性应变,摩擦片或钢片就会产生永久变形,冷却后将存在残余应力.
翘曲变形分为碟形翘曲与波浪形翘曲.碟形翘曲多出现在内齿片上,波浪形翘曲多出现在外齿片上.伴随着变形能发现片外缘或片内缘被烧黑的现象.固体受力被破坏的类型,取决于材料性能、工作温度和加载方式.如果两种片的材料一样,加载方式与工作温度就成了离合器片不同破坏形式的决定因素.为在台架试验中再现离合器片碟形与波浪形翘曲变形形式,作者设计了特殊的加载方式.离合器片工作时表面温度场由红外测温系统测量.
1 摩擦离合器对偶片翘曲变形实验
1.1 试验方法
实验在制动式离合器试验台上进行.图1示出了实验台示意图.实验时试验片的每一次接合由如下过程实现:调节发动机转速至规定要求,发动机动力由变速箱传递到离合器箱;离合器接合,带动试验箱主动鼓转动;主动鼓转速达到实验规定要求后,离合器分离;制动器接合,实验片开始工作;主动鼓转速降为零后制动器分离,一个工作过程结束[1].
试验片安装在制动式试验箱中.两组实验摩擦片与对偶片排列如图2所示.
DOI:10.15918/j.t b i t1001-0645.2000.04.012
图1 实验台示意图
1——发动机;2——变速箱;3——离合器;4——飞轮组;
5——测扭仪;6——测速齿轮组;7——
制动式试验箱图2 试验片接触示意图
为达到特殊加载目的,在碟形翘曲实验中,摩擦片内边缘15mm 带宽的粉层被磨薄0.1mm ,使离合器接合载荷集中分布于对偶片外缘.在波浪形变形实验中,摩擦片片外缘15mm 带宽的粉层被磨薄0.1m m,这样离合器接合载荷集中分布于对偶片内边缘处.
1.2
试验结果
图3 试验结果照片
依照图2表示的两种接触方式,试验箱主
动轴转速依次以1500r /min,1700r /min,
2000r /min 变化,使钢片(对偶片)与摩擦片在
各转速下分别接合20次.试验完成后拆箱检
查,两种钢片都出现了明显的翘曲变形.接合
时热负荷集中于片外缘的内齿片出现了碟形
翘曲;接合时热负荷集中于片内缘的外齿片出
现了波浪形翘曲.试验件结果照片见图3.2 摩擦片的热应力与变形
在非均匀温度场的作用下,摩擦片内部会
产生复杂的应力状态.相对于圆周方向与轴向,温度场沿半径方向的不均匀性是最重要的和危险的.如果已知温度沿径向变化函数为T (r ),则摩擦片周向应力e θ与径向应力e r 可计算为
e θ=T l E r 2r 2+r 2i r 2e -r 2i
∫r e r i T (r )r d r +
∫r r i T (r )r d r +T (r
)2,(1)e r =T l E r 2r 2-r 2i
r 2e -r 2i ∫r e r i T (r )r d r +∫r r i T (r )r d r ,
(2)式中 T l ,E 为材料的线膨胀系数与弹性模量;r i ,r e 为摩擦片的内、外半径.计算表明,e r 值约低于e θ一个数量级,因此对总应力起关键作用的是圆周方向应力e θ.对于图4所示的温度状态,计算的摩擦片平面周向应力e θ如图5.应力e θ的重要特点是,在加温区域应力带负号,是压缩应力.如果热应力达到屈服极限,该区域就会发生塑性压缩.当温度平衡以后在这些地方会产生残余的拉伸应力,而在其他地方不发生变形.有压缩力(外力或内力)作用的任何弹性系统,在一定条件下可能丧失最初形状的稳定性.在摩擦片中这种稳定性的丧失,决定于压缩应力的分布,引起摩擦片内或外边缘的凸出.摩擦打滑主要集中在片外边缘的情况,温度降低后450北京理工大学学报第20卷
压缩残余应力作用在摩擦片内边缘区域,摩擦片易出现碟形变形.波浪形变形是由于摩擦片外边缘丧失稳定性,这种情况发生在接触工作面积基本上集中在内边缘附近的情况下,温度降低后压缩残余应力作用在摩擦片外边缘.理论上波浪形变形可以有任意的节点(或波浪)数,但是摩擦片在自由状态时只有两节点状态是稳定的[2]
.
图4
摩擦片沿半径方向温度的变化图5 摩擦片平面上周向应力e θ
3 结 论
翘曲变形是摩擦片在其周向残余应力作用下丧失平面形状稳定性的结果.影响摩擦片稳定性的因素,除了应力外,也与它的几何尺寸有关.通常,小尺寸的摩擦片较为稳定;摩擦片越厚,抗变形能力越强;摩擦片带面宽度增大,其变形的倾向性也增大.
参考文献:
[1] 蔡 丹.湿式摩擦离合器片翘曲变形分析[D ].北京:中国北方车辆研究所,1995.
[2] 沃尔科夫尤帕,巴依科夫阿弗.履带车辆的设计与计算[M ].刘太来译.北京:北京理工大学
出版社,1997.
Friction Discs Distortion Phenomena in Wet Clutch
C AI Da n 1, W EI Chen-g ua n 1, SON G W en-yue
2(1.Schoo l o f V ehicle and T ra nspor tation Eng ineering ,Beijing Institute o f Techno lo g y ,Beijing 100081;
2.China N o rth V ehicle Resea rch Institute ,Beijing 100072)Abstract :To study the influence of different fo rm s of loading conditio ns o n thermal defo rmatio ns of plates in wet clutch ,a test in w hich the pressure distributions on steel disc 's surface were stro ng ly non -unifo rm w as do ne .The ex perimental results indica ted tha t co nica l defo rmatio n or disc w aviness appea red under different loading conditions.Thermal loading co ncentrated on the outer circumference of the discs during the eng agement time may result in a form o f co nica l defo rmatio n.Disc w aviness ma y arise if the surface pressure is higher near the inner circumference of the discs than near their outer parts.
Key words :frictio n discs ;dual discs ;w arping defo rmatio n ;thermal loading 451 第4期蔡 丹等:湿式摩擦离合器片翘曲变形研究。