多片湿式离合器优化设计
有阻尼孔湿式离合器摩擦片和阻尼孔参数优化设计
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
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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
(WTR)基于最优压力的CVT多片湿式离合器模糊自适应PID控制
2008年(第30卷)第5期汽 车 工 程Aut omotive Engineering2008(Vol .30)No .52008095基于最优压力的C VT 多片湿式离合器模糊自适应P ID 控制33湖南省科技计划重点项目(05GK2007)资助。
原稿收到日期为2007年4月24日,修改稿收到日期为2007年10月12日。
薛殿伦1,冯显武1,郑联珠2,曹 成3(11湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙 410082; 21吉林大学汽车工程学院,长春 130025;31湖南大学机械与汽车工程学院,长沙 410082)[摘要] 利用模糊自适应P I D 控制理论和方法设计了无级变速器湿式离合器控制系统,控制系统依据最优理论方法确定在不同工况下湿式离合器摩擦片间最优的压力变化规律,对离合器的结合与分离进行控制。
台架和整车试验结果表明,相对原来压力按线性变化的P I D 控制,新的控制方法能更好地适应驾驶员的起步意图和路况,较好地解决了湿式离合器起步时接合平稳性和使用寿命等问题。
关键词:无级变速器;多片湿式离合器;模糊自适应P I D 控制;最优压力The Fuzzy Self 2adap tive P I D Control of CVT πs Multi p lateW et Clutch Based on the Op timal PressureXue D i a n lun 1,Feng X i a nwu 1,Zheng L i a nzhu 2&Cao Cheng311Hunan U niversity,S tate Key Laboratory of A dvanced D esign and M anufacturing for V ehicle B ody,Changsha 410082;21College of A uto m obile Engineering,J ilin U niversity,Changchun 130025;31College of M echanical and A uto m obile Engineering,Hunan U niversity,Changsha 410082[Abstract] By app lying the theory of adap tive fuzzy P I D contr ol,a contr ol syste m for the multi 2p late wet clutch of a continuously variable trans m issi on (CVT )is devel oped,which deter m ines the op ti m al changing rule of the p ressure bet w een the fricti on disks f or contr olling the engage ment and disengagement of the clutch at different work 2ing conditi ons based on op ti m al theory .The results of bench test and comp lete vehicle test show that compared with original P I D contr ol with the p ressure changing al ong an oblique line,the ne w contr ol method can better res pond t o the driver πs intenti on and the r oad conditi ons,and hence i m p r ove the engage ment s moothness in starting and service life of the clutch .Keywords:CVT;m ulti 2pl a te wet clutch;adapti ve fuzzy P I D con trol ;opti m a l pressure前言无级变速传动装置(continuously variable trans 2m issi on,CVT )是汽车的理想传动装置,能使汽车在行驶过程中根据行驶工况实现速比连续变化,使汽车获得最佳的燃油经济性和动力性,降低排放[1]。
湿式多片离合器的设计分析
湿式多片离合器的设计分析作者：佴晓珣袁海环来源：《企业技术开发·下旬刊》2015年第08期摘要：湿式多片离合器作为双离合变速器的关键部件，对整车传动效率、换挡品质有着重要的作用，文章阐述了湿式多片离合器设计分析方法，并且结合工程实际，提出简化的摩擦片当量半径和油压推算公式，为工程设计提供了理论依据。
关键词：离合器；设计；分析中图分类号：U463.211 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0027-01双离合变速器（Dual Clutch Transmission）DCT有别于一般的自动变速器系统，它基于手动变速器而又不是自动变速器，除了拥有手动变速器的灵活性及自动变速器的舒适性外，还能提供无间断的动力输出。
目前国外汽车工业强国已经开始量产，在一些高档车型上开始普及，可见离合器作为重要的传动接合部件对整车性能的重要。
本文以某型双离合变速的输入来研究湿式多片离合器的设计分析。
1 模型通常设计人员依据整车厂提供的技术要求和变速器的布局来设计离合器，在保证满足技术的前提下竟可能降低成本，整体结构如图1所示。
[图1 湿式多片离合器结构简图]离合器的结构中，摩擦片对离合器工作性能影响很大。
离合器摩擦副元件由摩擦元件及对偶元件两部分组成。
其特点是：可在主、从动轴转速差较大的状态下实现平稳、柔顺的结合。
因为最大传输扭矩较小，使用金属摩擦材料，如铜基粉末冶金就可以满足轿车、货车等机械的制动上的需求。
2 传递扭矩关系的确定湿式多片摩擦离合器的摩擦转矩与摩擦副数、摩擦系数、压紧力和作用半径有关。
其关系式为：T=βμFrez式中，T为摩擦转矩；μ为摩擦系数，从动力换档传递扭矩出发，取动摩擦系数0.1；F为摩擦片压紧力；z为摩擦副数，采用4对摩擦副；re为摩擦副当量半径；β为储备系数，乘用车β选择：1.20～1.75摩擦片单元结构，如图2所示。
[图2 摩擦片示意图]一对摩擦副上一个单元圆环的摩擦转矩为：dT=2βπμpρ2dρ式中，p为单位压力；ρ为圆环半径。
汽车离合器片配方的优化设计
汽车离合器片配方的优化设计随着汽车工业的发展，离合器片作为汽车动力传动系统的一个重要部件，其性能和可靠性要求越来越高。
本文将探讨汽车离合器片配方的优化设计，以提高其使用寿命和性能稳定性。
一、离合器片的结构及性能要求离合器片是指用于离合器摩擦副上的摩擦片，通常由钢制基材和摩擦材料两部分组成。
离合器片的性能表现为摩擦系数、热稳定性、磨损性能、温度变形、耐久性等指标。
优秀的离合器片需保证其摩擦稳定性好、摩擦系数大、耐磨损、防脱离性好、温度变形小等特性。
二、离合器片的配方优化设计离合器片材料的配方是影响其性能的重要因素，在材料配方优化设计时，需要考虑到材料本身的性质、生产工艺的要求以及环保法规的要求等多重因素。
以下是离合器片配方优化的一些关键步骤：1.选择合适的基材：离合器片的基材通常采用钢制板材，其厚度和硬度应根据汽车的使用情况和功率要求进行选择。
2.选用合适的摩擦材料：摩擦材料通常采用树脂、石墨、铜粉等组成的薄膜式发泡材料，优秀的摩擦材料应具有较高的摩擦系数、良好的热稳定性和磨损性能。
3.添加摩擦力控制剂：摩擦力控制剂可调节离合器片的摩擦系数，增加其摩擦稳定性。
常用的摩擦力控制剂有脲醛树脂、石墨等。
4.添加热稳定剂：热稳定剂有助于提升离合器片的耐高温性能，常用的有碳酸钙、氧化铁等。
5.控制化学添加剂含量：在配方优化中，需要仔细控制化学添加剂的含量，以确保其环保性。
三、结论通过对离合器片的配方优化设计，可提高其使用寿命和性能稳定性，同时还可以减少环境污染。
在实际生产中，应根据具体的使用要求和环保要求进行配方优化设计，以达到优化离合器片性能和环保要求的目的。
离合器片的质量对汽车的安全性和性能都有着重要的影响，因此要求离合器片具有高温耐受和磨损性能。
同时，随着环保要求的提高，离合器片的制造也需要更加注重环境保护。
为此，离合器片的材料配方优化设计显得尤为重要。
在配方优化的过程中，需要通过科学的试验和分析，确定最佳配方，以获得最佳的性能指标。
CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器关键部件设计与集成
CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器关键部件设计与集成CA7CH350D是一款高效、可靠的自动变速器，是传动系统中的核心部件之一。
湿式双离合器是该变速器的关键部件之一。
湿式双离合器是一种通过摩擦副来实现离合变速的装置，它具有快速换挡、平稳舒适、燃油经济、驾驶操作简单等优点。
本文将重点阐述CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器关键部件设计与集成的技术细节，旨在为相关技术人员提供参考。
1.双离合器的结构与原理双离合器是一种运用两个离合器和一个单轴行星轮组成的装置，其中一个离合器用于传递动力，另一个离合器用于变换传动比。
这种结构可以达到比普通变速器更快的换挡速度，同时也避免了传统液力耗能的缺陷。
2.湿式双离合器的优势湿式双离合器与干式双离合器相比，具有更高的传动效率和更好的驾驶舒适性能。
湿式双离合器通过使用油液来冷却离合器盘片，可以实现更长寿命、更高的传动效率和更好的驾驶油耗。
此外，双离合器还具有更小的体积、更轻的重量和更高的负载能力。
3.湿式双离合器式自动变速器的设计CA7CH350D湿式双离合器式自动变速器的设计中，关键部件的选材和制造工艺非常关键。
双离合器上的离合器盘片需要使用高强度、高耐磨的特殊材料，这是确保离合器盘片寿命和传动效率的关键。
此外，双离合器的缸体需采用高强度铝合金，这不仅有助于抵御扭矩和应力，同时也使离合器更加轻量化。
在制造方面，湿式双离合器式自动变速器要求制造精度极高，以确保双离合器的严密封闭和准确的离合。
制造过程中需要采用先进的加工工艺和高精度设备，以确保精确的尺寸和高质量的内部表面。
4.湿式双离合器式自动变速器的集成湿式双离合器式自动变速器与发动机和车辆之间的接口十分重要。
它们需通过复杂的控制系统实现对发动机输出和车辆行驶速度的调整和协调。
基于此，双离合器式自动变速器集成了丰富的传感器和控制模块，以实现高精度的调节和控制。
此外，双离合器式自动变速器也支持行车模式选择、自动启停、Eco 驾驶模式等先进的功能。
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）。
乘用车自动变速箱湿式多片离合器
乘用车自动变速箱湿式多片离合器1 范围本标准规定了乘用车自动变速箱湿式多片离合器的术语和定义、基本要求、主要技术要求、内部关键结构及材料选择、试验条件及接收标准、检验规则、标识、包装、运输、贮存。
本标准适用于乘用车自动变速箱湿式多片离合器（以下简称离合器）。
2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 10042-2017 离合器术语GB/T 10043-2003 离合器分类GB/T 15141-2009 湿式离合器摩擦元件试验方法GB/T 25915.1-2010 洁净室及相关受控环境第1部分空气洁净度等级GB/T 30512 汽车禁用物质要求DIN EN 10083-3 淬火和回火钢.第三部分合金钢的交货技术条件JIS 5302 铝压铸件材料标准JIS G4051 机械制造用碳素钢钢材材料标准MPIF 35-2007 结构件材料标准SAE J200 橡胶材料分类系统标准SAE J403 碳素钢的化学成本标准SAE J1392 (R)钢、高强、热轧薄板及带材、冷轧薄板及镀膜薄板标准SAE J404 合金钢的化学成分标准SAE J286-1996 SAE第2号离合器摩擦试验机械指南（SAE No.2 Clutch friction test machine guidelines）ISO 16232-3 道路车辆液压管路部件清洁度第3部分:压力漂洗萃取污染物的方法（Road vehicles - Cleanliness of components of fluid circuits - Part 3: Method of extraction of contaminants by pressure rinsing）ISO 16232-7 道路车辆液压管路部件清洁度第7部分:显微分析测量粒径和计数(Road vehicles - Cleanliness of components of fluid circuits - Part 7: Particle sizing and counting by microscopic analysis)IATF 16949：2016 质量管理体系汽车生产件及相关服务件组织应用ISO 9001:2016的特别要求（Quality management systems—Particular requirements for the application of ISO 9001:2016 for automotive production and relevant service part organizations）3 术语和定义GB/T 10042-2017界定的及下列术语和定义适用于本文件。
多片式摩擦离合器设计
多片式摩擦离合器设计摩擦离合器是一种常见的传动装置，其主要用途是在发动机和变速器之间传递动力，实现汽车或其他动力机械的起步、加速、减速和停车等动作。
为了满足不同的应用需求，摩擦离合器的设计形式也较为多样化。
本文将针对一种多片式摩擦离合器进行设计分析。
1. 设计原理多片式摩擦离合器的结构由摩擦片、摩擦盘、压盘、增压器和活塞等部件组成。
其工作原理是通过压盘将摩擦片夹在摩擦盘之间，利用摩擦力瞬间传递动力，实现离合和结合状态的转换。
特别地，活塞的作用是利用油压助力将摩擦片与摩擦盘紧密接触，使得离合器的结合程度更加稳定和坚固。
2. 参数设计在设计过程中，需要对离合器的相关参数进行细致的测算和调试，以保障其稳定性和可靠性。
例如，在确定离合器的直径、摩擦片的数量和厚度、以及摩擦盘的内直径等方面，需分别考虑以下因素：（1）负载能力。
根据离合器所需承载的扭矩和功率，来确定其技术参数和适合的规格型号。
（2）使用寿命。
离合器一般需具备较长的使用寿命和稳定的传动性能，同时应考虑瞬时承载能力和过热现象的问题。
（3）设计工艺。
离合器的设计应符合机械制造工艺和生产要求，易于加工和安装，并采用高强度、耐磨损的材料。
3. 结构设计在确定离合器的参数和工艺后，需对其结构形式进行选择和设计。
对于多片式摩擦离合器而言，其结构形式可分为独立式、半浸式和浸润式等多种形式。
其中，浸润式离合器结构较为复杂，但具备较好的散热性能和减震能力。
因此，在进行结构设计时，需根据离合器的具体应用环境和工作要求，综合考虑各种因素，进行选择和优化。
4. 总结综上所述，多片式摩擦离合器的设计需要综合考虑多种因素，包括应用要求、参数设计和结构形式等。
在实际制造过程中，应注重工艺控制和品质保障，以保证离合器的稳定性和可靠性，并满足用户的需求。
同时，应加强科技创新和研发投入，推动离合器技术的不断升级和完善，为汽车和机械传动领域的发展做出贡献。
对多片式摩擦离合器进行数据分析可以从多个角度出发，例如扭矩传递能力、瞬时功率、摩擦力系数、摩擦片温度、摩擦片磨损等方面进行分析。
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 ￣
湿式离合器设计计算
3.2多片湿式离合器的设计 3.2.1摩擦副元件材料与形式离合器的结构中，摩擦片对离合器工作性能影响很大，而摩擦片材料的选择就尤为重要。
下面进行摩擦副元件的选择：离合器摩擦副元件由摩擦元件及对偶元件两部分组成。
其特点是：可在主、从动轴转速差较大的状态下接合，而且接合时平稳、柔顺。
离合器摩擦副（又称摩擦对偶）可分为两大类：第一类是金属性的，它的摩擦衬面具有金属性质，如钢对钢，钢对粉末冶金等；第二类是非金属性的，它的摩擦衬面摩擦材料具有非金属性质，如石墨树脂等，它们的对偶可用钢和铸铁。
对于坦克离合器摩擦副，由于其工况和传递动力的要求，选择金属型摩擦材料。
目前广泛应用的是铜基粉末冶金，它的主要优点是：1、 有较高的摩擦系数，单位面积工作能力为0.22千瓦/Fp FAA =厘米2；2、 在较大温度变化范围内，摩擦系数变化不大；3、允许表面温度高，可达350C ，非金属在250C 以下。
故高温耐磨性好，使用寿命长；4、 机械强度高，有较高的比压力；5、导热性好，加上表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不致烧蚀。
此次设计选择摩擦副材料为钢对铜基粉末冶金，根据坦克设计180页表6—1可得：可取摩擦副的摩擦系数μ=0.08，许用压强[]p =4MPa 。
3.2.2摩擦转矩计算多片摩擦离合器的摩擦转矩fc T 与摩擦副数、摩擦系数、压紧力和作用半径有关。
其关系式为：e fcz T Fr μ=式中fc T —摩擦转矩()N M ⋅；μ—摩擦系数，从动力换档传递扭矩出发，取动摩擦系数；F —摩擦片压紧力()N ；e r —换算半径，将摩擦力都换算为都作用在这半径上；z —摩擦副数。
下面求换算半径e r ：（如下图示）一对摩擦副上一个单元圆环的摩擦转矩为：fc dT p dA μρ=⋅⋅⋅式中p —单位压力或比压；ρ—圆环半径；dA —单位圆环面积。
而 2dA d πρρ=⋅ 带入前式可得22fcdT p d πμρρ=摩擦副全部面积的摩擦转矩为ρυπd p u T Rrfc ⎰=22式中r 、R —分别为摩擦片的内外半径。
多片湿式离合器优化设计
的受力分析 建立离合器简易仿真模型 , 输入条 件采用速度驱动方式 ,离合器仿真模型见图 4.
[5]
2 仿真模型的建立
2. 1 离合器油压模型的建立
换档离合器的液压控制单元主要由缓冲阀 、 滑阀 、 电磁阀组成 , 其中 , 缓冲阀的作用是减小换 档过程的动载荷 ,保证良好的换档品质 . 电磁阀用 来控制输出油压及离合器的结合时间 , 从而保证 [3 - 4] 精确的换档时间控制与较高的换档品质 . 根据离合器油压单元工作原理 , 建立起离合 器液压执行元件的动态仿真模型 ,如图 2 所示 .
vm = ( R1 + R2 )
10 ) 摩擦片单位面积压紧力 p0和摩擦系数 f 取值范围设为 p01 ～ p02和 f1 ～f2 , 则 w = fp0的范围 为 w 1 ～w 2 , 其中 , w 1 = f1 p01 , w 2 = f2 p02 , 因此 , 约束 条件为 1 - w 1 /w ≥ 0 ( 10 ) 1 - w /w 2 ≥ 0 由式 ( 1 )可知 βTemax 12 ( 11 ) fp0 ≥ πfp0 n ( D 3 - d3 ) 11 ) 接合时间上界约束 :
tn - [ tn ]m ax ≤ 0 ( 12 )
2
Δ ω ≤ [ vm ]
( 2)
ω表示离合器主动盘和被动盘之间的相 式中 ,Δ 对转速 . 3 ) 摩擦材料的表面比压用于描述摩擦材料 承受压强的能力 ,校核公式如下 :
pA = F ≤ [ pA ] A eff ( 3)
式中 , F 表示压紧力 . 4 ) 摩擦片外径 D 与离合器外壳的尺寸有关 , 设其空间条件为 D 1 ～D 2 , 即
第 3 期 汤鹏翔等 : 多片湿式离合器优化设计
(WTR)基于最优理论的CVT多片湿式离合器片间压力的确定
(" # . /< ) ./ 4567（ ! ,-! 0）:+7./ （ (） 0= 0.>? "0 :. 式中， 0. > ? 为 无 级 变 速 器 变 速 比 ； 0= 为 主 减 速 器 减 速 ,3
比。 因此，汽车起步过程中的冲击度 , 主要与离合 器主、 从动盘摩擦片间压力变化率 :+7./ ; :. 有关， 合 理地控制 :+7./ ; :. 就可实现汽车平稳起步，满足平 顺性要求。
由于协态方程和状态方程存在线形关系， 因此有：
! + +* " 1* ) ) " +* +, " + . 1 1, " " * # "
干扰矩阵")
" 3 +, 1, "
2 + 1* 2 #2 3 3 1* 1, "
$ % % % % % &
$!（ !%） (2 （ !） &（ !） *C（ !） ?*D（ !） 进而求得 $ （ 和最优控制输入 可求得协态 ? ， !）
为此， 将原来的整体式镜片限位装置设计成分 体式， 将一个弹簧片插在后视镜的底座上， 初始的 设计状态和后视镜限位底座存在干涉， 当镜片装配 好后，只有弹簧片凸点才和限位底座接触。这样，
!""# 年
第 $" 期
— $# —
・ 设计 ・ 计算 ・ 研究 ・ 器主、 从动摩擦片滑转消失后， 离合器压力迅速提高 以保证发动机可靠地传递转矩。但由 到额定值 !!"#， 于行驶条件的变化， 该控制方法无法根据行驶条件 准确的估计出离合器摩擦片片间初始接合压力及 其压力变化率。为此， 本文提出基于最优理论的离 合器摩擦片片间压力的确定方法， 结合湿式离合器 的特点， 综合考虑离合器接合过程中的滑磨和平稳 性， 对离合器进行控制。
(完整版)离合器优化设计
1.离合器概述离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。
为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。
离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。
1.1离合器设计的基本要求：1)在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。
2)接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。
3)分离时要迅速、彻底。
4)从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。
5)应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。
6)操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。
7)具有足够的强度和良好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。
1.2技术参数:车型：轿车发动机功率： Pemax=70KW/5200r/min发动机转矩： Temax=170N.m/3000r/min飞轮工作面： D/d=240mm/130mm1.3膜片弹簧离合器结构膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。
1)离合器盖离合器盖一般为120°或90°旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。
离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。
2)膜片弹簧膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。
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2
Δ ω ≤ [ vm ]
( 2)
ω表示离合器主动盘和被动盘之间的相 式中 ,Δ 对转速 . 3 ) 摩擦材料的表面比压用于描述摩擦材料 承受压强的能力 ,校核公式如下 :
pA = F ≤ [ pA ] A eff ( 3)
式中 , F 表示压紧力 . 4 ) 摩擦片外径 D 与离合器外壳的尺寸有关 , 设其空间条件为 D 1 ～D 2 , 即
1 - D 1 /D ≥ 0 1 - D /D 2 ≥ 0
( 4)
5 ) 摩擦片最大圆周速度 v不应该大于 v1 (最 大圆周速度允许值 ) ,即
D ≤ v1 × 60 ×10 / (π ×ne )
3
( 5)
式中 , ne为摩擦片最大转速 , r/m in. 6 ) 摩擦片内外径之比 C0应在 C01 ～C02内 ,即
施控制能够有效地降低其失效率 (烧结 、 磨损或 热变形 ) . 摩擦片产生高温烧损与以下因素有关 : ① 平衡温度高 : 与平均最大发热率 L u 、 一定时间 间隔内的接合次数以及润滑油冷却程度 (油通过 摩擦面流量和润滑油类型 ) 等有关 . ②瞬间温升 过高 : 与瞬间最大发热率 lm 和摩擦片的比热容等 有关 . 因此 ,选择接合终了时刻摩擦面上的平均滑 摩功和单位面积最大滑摩功率作为优化设计的目 标 ,进行多目标优化 .
Ab s tra c t: For commonly used wet multi2 p late clutch in automatic transm ission (AT) , comp leted the op ti2 m ized design of the clutch using fuzzy theory and main objective method w ith op tim ization toolbox ofMATLAB. According to clutch design for m ula, the op tim al design mathem atic model was set choosing average energy loss in sliding friction surface at the end tim e of bonding and the max power loss per area as the op tim ized object and turning clutch torque capacity calculated as a whole into a constraint condition. A lso the dynam ics im p le2 mentation sim ulation model w ith multi2discip linary dynam ic sim ulation softw are p latform Si m ulation X was set . Through the model, the change of the relative ther m al index after op tim ized could be truly reflected, and the operation characters of clutch are heightened. Ke y wo rd s: autom atic trans m ission; clutches; design; dynam ic sim ulation
1. 2 设计变量的分析与确定
1 数学模型的建立
1. 1 目标函数的确定
试验表明 ,离合器工作在最大发热率和最高 [2] 温度的情况下会发生摩擦片烧结 , 通过优化离 合器参数对离合器结合过程中的发热率和温升实
根据离合器设计公式及以往资料表明 , 影响 离合器热性能的参数主要包括动摩擦系数 f 与单 位面积压力 p0 , 摩擦片数 , 离合器内外径 , 油压上
1 - C01 /C0 ≥ 0 1 - C0 /C02 ≥ 0
( 6)
7 ) 摩擦面面数 n 一般不超过确定值 n2 , 大于 确定值 n1 ,即为
1 - n1 / n ≥ 0 1 - n / n2 ≥ 0
( 7)
8 ) 摩擦片厚度的取值范围设为 h1 ～h2 , 则约 束条件为
式中 , tn为离合器一次接合所用的时间 , [ tn ]m ax为 给定的接合时间上界 . 该约束是整机为提高作业效率提出的要求 . 1. 4 优化方案的确定 作为影响离合器热性能的 2 个主要参数动摩 擦系数 f 与单位面积压力 p0是相互制约的 . f 减小 则使摩擦面单位压力 p0增加 , 但是 p0的提高即会 受摩擦材料性能的限制 , 又将导致离合器尺寸增 大 . 因此 , 在保证足够的传扭能力的同时 , 希望离 合器摩擦片摩擦系数 f 尽量小一些 , 同时摩擦面 单位压力 p0也尽量小一些 . f, p0 作为两个性能参 数 , 有其非常明显的不确定性 , 因此 , 这是一个具 有模糊性的最佳值求解问题 , 因此先把 fp0作为一 个综合指标 , 记为 w , 也就是 w 尽量小 . 经过以上分析可以看出 , 离合器设计是一个 带有模糊性因素的多目标优化问题 . 针对离合器 设计过程的诸多不确定性 , 采用模糊理论和主要 目标法进行离合器的优化设计 ,主要思想为 : 抓住 主要目标 ,兼顾其他要求 . 以下分 2 步进行 : 第 1 步为主要目标优化 ,第 2 步为最佳 f 和 p0优化 . 将单位面积最大滑摩功率和单位面积平均滑 摩功作为主要目标 , 求解过程中把离合器的转矩 容量计算作为整体转化为约束条件 , 得到主要目 标的最小值 , 然后对 f 和 p0进行模糊优化 . 具体优 化程序流程图如图 1 所示 . 该优化问题属于有约束非线性最优化问题 , 宜采用基于 K2T ( Kuhn 2Tucker)方程解的方法 . MATLAB 把以上方法定义为 fm incon 函数 , 对于离合器主要目标优化 , 在 fm incon 函数中提 ), 供信息 op tions = op tim set ( ‘LargeScale ’ ,‘off ’
O ptima l design of clutch in automa tic tran sm ission
Tang Pengxiang L iu Yanfang W ang Shuhan Xu Xiangyang
( School of Transportation Science and Engineering, Beijing University of Aeronautics and A stronautics, Beijing 100191, China)
(北京航空航天大学 交通科学与工程学院 , 北京 100191)
摘 要 : 针对自动变速器多片湿式离合器的热失效现象 , 结合离合器设计公式 , 选择 接合终了时刻摩擦面上的平均滑摩功和单位面积最大滑摩功率作为优化设计目标 ,把离合器的 转矩容量计算作为整体转化为约束条件 ,使用 MATLAB 中的优化工具箱 ,采用模糊理论和主要 目标法进行离合器优化设计 . 利用多学科动力学仿真软件平台 Sim ulation X 对优化前后的离合 器动态接合过程中的热性能指标进行对比仿真 ,通过优化算例验证了优化设计方法的合理性 . 关 键 词 : 自动变速器 ; 离合器 ; 设计 ; 动态仿真 中图分类号 : U 463. 2 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 1001 2 5965 ( 2010 ) 03 2 0291 2 04
多片湿式离合器是自动变速器中常用的换档 元件 ,为保证其具有良好的工作性能 ,国内外学者 对离合器设计做了大量的优化和可靠性设计研 [1] 究 . 本文根据离合器的实际工作环境 , 建立起 离合器优化设计数学模型 , 并通过动态仿真对优 化前后的热性能指标进行对比 , 从而验证了所使 用优化方法的有效性 ,进而提高自动变速器性能 .
第 3 期 汤鹏翔等 : 多片湿式离合器优化设计
293
图 1
优化程序流程图
图 3 离合器输入油压仿真结果与试验结果对比
使该优化按逐次二次规划法求解 , 得到离合器主 3 3 3 3 3 T 要目标优化最优解 X = [ fp0 , n , R1 , R2 , tn ] . 此后就可利用模糊扩展原理及随机方向检索法即 可求得摩擦系数和单位压紧力的最优解 .
m ax ( Tstatic )
[T] =
9 ) 摩擦片片间距 S 的约束 : 1 - S1 /S ≥ 0
1 - S /S2 ≥ 0
( 9)
m ax ( Tstatic )
μ 0 Rm [ p A ] nA eff
≥ [β] ( 1 )
式中 , Rm = ( R1 + R2 ) / 2, R1和 R2为摩擦面的内半 径和外半径 ;μ 0 表示静摩擦系数 ; A eff表示单个摩 擦面的有效面积 ,满足 A eff = fA A, A 为单个摩擦面 的面积 , fA为一比例系数 , 用于去除油槽的影响 , 此处取为 0. 6; n 表示摩擦面的对数 ; max ( Tstatic ) 表示离合器传递的最大力矩 ; [ ]表示向下取整 . 2 ) 平均圆周线速度校核公式如下 :
收稿日期 : 2009 2 03 2 04 作者简介 : 汤鹏翔 ( 1975 - ) ,男 ,辽宁沈阳人 ,博士生 , Apx@ buaa. edu. cn.
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北 京 航 空 航 天 大 学 学 报 2010 年
升时间 . 故确定离合器优化设计的设计变量为
vm = ( R1 + R2 )
10 ) 摩擦片单位面积压紧力 p0和摩擦系数 f 取值范围设为 p01 ～ p02和 f1 ～f2 , 则 w = fp0的范围 为 w 1 ～w 2 , 其中 , w 1 = f1 p01 , w 2 = f2 p02 , 因此 , 约束 条件为 1 - w 1 /w ≥ 0 ( 10 ) 1 - w /w 2 ≥ 0 由式 ( 1 )可知 βTemax 12 ( 11 ) fp0 ≥ πfp0 n ( D 3 - d3 ) 11 ) 接合时间上界约束 :