湿式多片摩擦离合器接排过程热结构耦合分析
基于有限单元法湿式离合器摩擦副温度场分析
基于有限单元法湿式离合器摩擦副温度场分析陆建荣【摘要】温度对湿式离合器摩擦副的性能和寿命具有重要影响.针对某款变速箱湿式离合器的工作接合过程,以一档离合器为例,结合热分析和有限元理论分析,对摩擦生热过程中的热传导和热流密度进行分析,确定热传导边界条件和初始条件,并建立湿式摩擦副的温度分布函数,获得不同结合次数温度分布.基于ANSYS瞬态热分析模块,根据摩擦生热原理,建立摩擦副分析模型,获得工作过程中温度分布规律;对不同时间情况下,主、从片的温度分布进行分析;对比分析不同的油槽花纹与从动片尺寸对温度场的影响.对比分析结果可知:油槽花纹与其尺寸的选择对温度场分布影响较大;双圆弧形油槽综合最优;模型分析和理论分析结果的一致性验证分析方法的正确性;通过改变摩擦副材料物理属性、结构尺寸和加载条件来分析其他工况情况,进而得出不同条件下摩擦副温度分布的情况.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】5页(P166-170)【关键词】湿式离合器;温度场;摩擦副;热流;有限单元法;模型【作者】陆建荣【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200444;南通开放大学机电工程学院,江苏南通226006【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH133.4;U463.22湿式摩擦副由几组浸泡于油液中交叉排列的钢片和摩擦片组成，可用来实现动力的传动或者制动，因具有使用寿命长、可靠性高、磨损率低等优点在工程车辆变速箱离合器和驱动桥制动器上应用越来越广泛[1]，因此对其进行研究具有重要意义。
温度对摩擦副的性能和受命具有重要影响，从而进一步影响离合器或制动器的性能和寿命。
因此，选取湿式离合器摩擦副进行研究具有重要的应用价值。
针对湿式摩擦副的研究，国内外学者取得了一定的成果：文献[2]通过改变摩擦副材料，从而研究摩擦系数的影响规律，研究可知当其取值越高时，可有效提供系统传递扭矩的能力；文献[3]对油槽形式的影响进行分析，发现其形式改变可有效改善油液流量；文献[4]对功率吸收能力进行研究，发现高功率吸收能力，有利于热稳定性，可提供稳定可靠的传递能力；文献[5]对偶片结构进行研究，结果可知偶片可以改善摩擦副的耐久性和功率吸收特性。
湿式多片式制动器摩擦热温度场分析
Ｑ （ ／ ， ） —— 摩擦 衬片的温度函数 ， （ ℃） 。 （ 随距离时 间变化 的温度 函数） 边界条件 ：
。
＋ ｎ （ ） 。 （ ｒ 卜 Ｆ Ｊ Ｊ （ Ｉ ｃ 。 ｓ ＝ 。
初始条件为 ：
丁 ＝ 一 １， ２ ３ ・ ・
…
此：
ｌ 旦 Ｏ ｔ
Ｑ （ Ｉ ， ｔ ） １ ＝ ．
一 ｆ 。 Ｎ ０ ） ｄ ｔ １ Ｉ ｔ ＝ ｏ
（ ３ ）
（ ４ ）
Ｇ （ ） 一 （ ｏ ） ＝ ＋ ∑ ｃ ｏ ｃ 。 ｓ 一
，
ｆ ） ＝ 云Ｎ （ ｆ ） 一 Ｌ — ｄ Ｎ （ ｔ ）
— ２ ｃ ｏ ｓ ｎ ｎ ｄ Ｎ（ ｔ ） （ ＿ １ ． ２ ． ３ Ｉ
…
Ｆ ：
剐 Ｉ ， ） ｃ 。 ｓ
）
将（ ９ ） 式、 （ １ ０ ） 式代人 （ ８ ） 式得常微分方程 ：
｝ 展开 Ｇ （ １ ， ｆ ）
摩擦 副通常采 用纸基摩擦 材料 和６ ５ Ｍ ｎ 钢分别作 为摩擦 衬片和对 偶 钢片的基体材 料。在摩擦 衬片和对 偶钢片刚开 始接触制动 时 ， 由于 摩擦 衬片与 对偶 钢片相 对滑动而产 生摩擦热 ， 这些 热量被 摩擦衬 片与 对 偶钢片本 身吸收并通 过内部传热 方式与外界 达到稳态平 衡 ， 摩擦温 度 场 的计算 是基于摩擦 面的磨损 、 压力分布是 均匀的 ， 由此可知 ， 摩擦 产生的热量在摩擦面是均匀分 布的 ； 忽略摩擦衬片的径 向导热 ， 假设导 热过程 中只沿摩擦衬 片厚度 的方 向 ； 摩擦衬 片的物理性 能参数在制 动 过程 中不产 生变化 ； 摩擦 产生 的热 量与摩擦衬 片表面 的导 热量形成稳 态平衡 ； 根据 对称性质 ， 摩擦衬 片沿厚度方 向的中点处导 热量为零 ； 由 于制动时间较短 ， 而且摩擦 面上的冷却油被挤压进来 ， 忽略制动过 程中 的冷却油散热 ； 基于上述假定情 况 ， 制动摩擦过程通过简化成一维 热传 导问题试验证明是可行的 。 摩擦温度 场是时 间和位置 的函数 ， 除 了与摩擦材料 的热物理性 能参数有关外 ， 还 和制 动过程中的制动力矩 、 运动速度 和摩擦 功率等参 数随 时间距离 的变化 有关 。根 据力学模 型与物理模 型 ， 可得摩擦 副热 传导 的数学模型为 ：
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。
湿式离合器摩擦片接合过程温度场分析
接合过程工作油压对摩擦片轴向和周向温度场的影 响；杨亚联等人[3]2740 运用有限元技术分析了内外半径 差、接合时间和接合次数对离合器摩擦副的温升影 响；朱茂桃等人[4]采用有限元法对车用干式双离合器 温升问题进行了比对分析，并提出了恒转速的发动 机换挡策略；李东兵[5]研究了混合动力车辆湿式多片 离合器瞬态传热问题，并分析了径向矩形油槽宽度 对摩擦过热现象的影响；曲艳阳等人[6]采用有限元法 分析了微型汽车离合器温度变化问题；于亮等人[7]运 用 Abaqus 仿真软件构建了摩擦离合器三维模型，并 利用有限元理论分析了卡簧约束对非均匀温度场变 化的影响。
关键词 湿式离合器 摩擦片 温度场ห้องสมุดไป่ตู้载荷 微分求积法
Temperature Field Analysis for Engagement Process of Friction Disc in Wet Clutch
Yang Yongqiang1,2 Wang Zhongmin1 Wang Yongqin1,2
Key words Wet clutch Friction disc Temperature field Load Differential quadrature method
0 引言
湿式摩擦离合器是矿用机车传动系统中的重要 机构。在离合器接合过程中，主、从动摩擦片相互 摩擦产生非均匀温度场。当温度场非均匀性过大， 将发生热损坏和热振动现象，严重影响离合器的使 用。因此，研究湿式摩擦离合器的温度场具有重要 的工程意义。
湿式多片离合器的热弹性失稳分析
的滑动摩 擦进 行 了数值 仿 真 ， 采 用 经 验 公 式 假 设 并
了盘 片上 的压力扰 动 。但 现 实 中热点 现 象 出现在 离
合 器摩 擦 表 面初 始 温 度 均 匀 分 配 的 情 况 下 。文 献 ［］ ６ 中应 用有 限元 空 间 离 散 化 和 模 态 叠 加 的 方 法 ，
象 对不 同结 构尺 寸对偶 钢盘 的影 响 。
摩擦副摩擦表面压力和摩擦副间的摩擦因数。 材 料温度 变 化会 引起 摩 擦 副 几 何 尺 寸 的 变 化 ，
材 料 的热应 变率可 表示 为
＝ Ｔ ａ８ （） ５
１ 摩擦副热一 结构耦合计算模型
１ １ 摩 擦 副结构模 型 与加载 方法 ． 湿式 多片离合 器 对偶钢 盘 和摩擦 衬 片沿 轴 向交 替分 布 ， 独取 出一 张钢 盘 和 与其 接触 的两 张 摩 擦 单 衬 片作 为分 析对象 。纸 基材 料摩擦 盘 的导 热 系数 非 常小 ， 离合 器滑 动摩 擦 过 程 中只有 很 少 热 量 通 过 纸
・９９ ・ １
器 滑 动摩擦 过程 中 的翘 曲现象 ， 为不 同 的载 荷 分 认
布 会导 致不 同 的翘 曲形 式 。文 献 ［ ］ ８ 中认 为湿 式 离 合 器 的磨 损 量 可 表 示 为 油 压 和 滑 动 摩 擦 速 度 的 函
摩 擦副 摩擦 面上产 生 的热流 密度 为
ｇ ，， ＝ （ Ｙ ｚ ｔｇ （ Ｙ ｚ （ Ｙ ， Ｐ ， ，，） ｖ ， ，，） ） （） ２
擦盘颤振 现象 。文献 ［ ］ ２ 中通过红外摄像技术 ， 对 制动 器钢 盘裸 露部分 的热 点形 成过程 进 行 观测 后指 出热 点现 象和 摩擦 副的结 构 、 始边 界 条件 、 何形 初 几
湿式多片离合器散热性能研究
＇阜’
液比流量与摩擦副温度之间的关系见图 １１．通过计算可知：离合器要达到预定
专
。
的冷却效果，其冷却液的比流量为 ．
ｑｂ≥７ｘ１０一ｍ ３／（ｍ２·ｓ），进而可计算出离
合器在单位时间内达到预定冷却效果时
钟℃
的总的最小冷却液流量．
图１１ 离台器接合过程中温度与比流量的关系
５ 结语
根据湿式多片离合器的接合规律，计算出了基于试验的摩擦热以及对流换热系数。用有限元法
冷却液的普朗特数由下式计算得：
Ｐｒ＝ｐｖｃ。／五．
（３）
式中：ｃ。为冷却液的质量定压比热容，Ｊ／（ｋｇ·Ｋ）．
选８｛！｜｝传动新油，其物理特性见表ｌ，离合器几何参数及热物理参数见表２，由式（２）可计算出
不同温度、不同转速下圆周方向的对流换热系数．离合器端面的对流换热系数变化曲线如图４所示．
表１ ８’传动新油物理特性（４０ ｏＣ）
０４
图４摩擦片端面的对流换热系数变化曲线
图５矩形油槽结构示意图
（ｒｈ／ｒ／，）¨４是考虑非等温流动中温度场对对流换热系数ｈ的影响，（吃／，）ｍ是考虑入口效应对ｈ的
万方数据
３８
一
五邑大学学报（自然科学版）
２０１０矩
影响．由于液体在径向油槽停留时间较短， 出入口端的温差变化不大，可不考虑油槽内 流体温度对ｈ的影响，即（仇／仉）０。４＝１．但油 槽径向面积较小．相对径向长度较长．所以 需要考虑（以／，）ｍ对ｈ的影响．由于上述公式 仅适用于圆管流体流动，对于矩形油槽，需 要计算其等效截面积，油槽的当量直径 ｄｏ＝１．６ｘｌＯ～ｍ。当８｝｝传动液单个油槽流量ｑ 分别为１２０，６０，３０ｍＬ／ｍｉｎ时，经计算槽内 冷却液流动状态均为层流，由公式（４）计算 得槽内冷却液的对流换热系数如图６所示．
陈湿式多片离合器整体热传导过程分析
１２重庆工学院学报润滑油图１湿式多片离合器结构１瞬态温度场基本理论用有限元法进行瞬态温度场计算时，在空间量纲方面用有限元离散，采用伽辽金加权残值法建立迭代格式；在时间量纲方面用有限差分法离散，采用逐步积分法建立迭代格式卜５１．瞬态温度场的基本方程为ＫＴ＋ＤＴ＝Ｆ（１）式中：Ｋ，Ｄ分别为导热矩阵和变温矩阵；Ｔ，Ｔ分别为节点温度向量和节点温度对时间的导数向量；Ｆ为广义节点热流量向量．各单元的导热矩阵蚝、变温矩阵ＣＦ、节点热流量向量Ｅ可表示为：警岖ｃ。
圳ＮｉＯＮｙｉ＿＋Ｋ警（２）％＝皿力【疋警警】出母出＋Ｆ．ａⅣｊ＊ｄｓ（３）ｃＦ２』｛Ｊ，ｃＮ，ＮＦｄｘｄｙｄｚ（４’Ｆｉ＝皿ａＱＮ，ｄｘｄｙｄｚ一皿（ｑ一瑾弓）Ｍ山（５）式中：力为求解区域；ｓ为给定热流量和对流条件的边界区域；Ｋ，Ｋｒ，墨为材料在算，ｙ，名３个方向的导热系数；以，Ｍ为形状函数；ａ为对流换热系数；Ｐ为材料的质量密度；ｃ为热容量；Ｑ为物体内部热流量；ｑ为热流密度；乃为流体的温度．若采用向后差分法求解瞬态温度场，ｔ。
时刻的温度Ｌ与ｔ。
＋。
时刻的温度瓦＋，有如下关系：瓦＋ｌ＝瓦＋ｒ川缸（６）由式（１）和（５）可导出瞬态温度场求解公式：Ｋ瓦＋。
＝Ｆ川（７）式中：Ｋ＝Ｋ＋Ｃ／Ａｔ，Ｆ。
＋ｌ＝Ｆｎ＋ｌ＋ＣＴ／Ａｔｏ．２计算模型建立和边界条件确定湿式多片离合器的整体有限元模型如图２所示．离合器采用喷油润滑，内外摩擦片的摩擦面为给定温度热流量边界条件，与润滑油接触的表面为对流边界条件．图２离合器整体有限元模型２．１热流密度内外摩擦片的摩擦表面相对滑动时将产生摩擦热．单位时间内在单位面积上生成的摩擦热热流密度为忡’ｑ（ｉ，ｒ，ｔ）＝ｐ（ｆ，ｒ，ｚ）Ｐ（ｉ，ｒ，‘）砌（ｔ）（８）式中：肛为摩擦系数；ｐ为衬片接触比压；ｔｏ为摩擦片转速；ｇ为热流密度；ｉ为第ｉ对摩擦副．其中主从动盘转速∞（ｔ）由车辆接合过程中控制某一工况测得，其转速变化如图３所示．接合油压Ｐ（ｉ，ｒ，ｆ）在接合过程中随接合时间变化而变化，近似认为其接合过程的油压基本上随结合时间呈线性变化，当完全结合后保持结合油压一定．离合器结合油压为ｌＭＰａ，结合时间为１．４ｓ，可将此种工况下的变化曲线假设成如图４所示的理想曲线．陈遥飞，等：湿式多片离合器整体热传导过程分析１３图３离合器接合主从动盘转速差变化曲线图４理论油压变化曲线将ｔＯ（ｔ），Ｐ（ｉ，ｒ，ｔ），ｐ（ｉ，ｒ，ｔ）及ｐ代入式（８），通过编制相关的计算程序，可以得到不同半径处摩擦片热流密度的变化曲线，如图５所示．图５摩擦片热流密度变化曲线热流密度的分布由摩擦片及钢片的热传导物理性质进行分配，当结合速度为０时，摩擦表面将无热流密度产生．２．２对流换热系数由于离合器工作环境的复杂性，对流换热系数将很复杂，它是一个随滑磨速度、油温、及润滑油运动黏度变化的量．离合器在结合过程中端面对流换热可近似为横掠圆柱体的强迫对流传热【６。
说明书-湿式离合器摩擦片热负荷测试系统与实验包箱设计
北京信息科技大学毕业设计（论文）题目：湿式离合器摩擦片热负荷测试系统与实验包箱设计学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名班级／学号：指导教师／督导老师：起止时间： 2013年月日至 2013年月日摘要本文对湿式多片离合器的温度测试设计用到的湿式多片离合器结构进行了功能原理设计改进，方案比较及选择，并对关键零部件进行了强度校核，结果满足设计要求。
最后绘制了湿式多片离合器的装配图及零件图等。
湿式多片摩擦离合器的广泛应用于车辆、船舶及工程机械中一个重要的一个传动部件，它依靠摩擦片和对偶钢片之间的摩擦力去传递动力。
在湿式多片摩擦离合器地接合过程，在控制油压得作用下，活塞压紧着摩擦副，由于离合器地主动部分与从动部分存在的转速差，因此摩擦片与对偶钢片的相互滑摩，产生大量的摩擦热。
摩擦热流进摩擦片与对偶钢片之后，引起温度场整体改变，进而引起了热应力场产生，改变了各盘片地力学状态。
由摩擦热的引起的离合器内部得温度场与热应力场得改变是离合器失效地重要因素之一，它将会导致摩擦片与对偶钢片地翘曲、局部的烧损、盘片表面的材料剥离及表面热裂纹的生成等形式失效。
因此，对湿式多片离合器摩擦副进行的热分析，对于解决因摩擦热引起地离合器失效富有较高的理论意义与实用价值。
热弹性的不稳定性将导致摩擦面上产生了局部的高温点，从而会导致材料的破坏、热裂纹的生成与摩擦振动得引起。
湿式多片离合器得摩擦热是造成其失效的一个非常关键原因，想要解决掉离合器的热失效问题就必须对每个摩擦副进行热分析，取得了温度场与热应力场的总体分布特征，为离合器技术得发展提供一些依据。
掌握了湿式离合器动态的接合特性是对湿式多片离合器进行较精准控制的大前提。
湿式多片离合器动态的接合特性的研究内容是自动变速器的研发的重要的共性技术之一。
关键词：湿式多片离合器、温度测试、摩擦热、离合器的热失效。
AbstractTemperature test design in this paper, the wet type multi-disc clutch used in wet multi-disc clutch structure function principle design improvements, scheme comparison and selection, and the key parts has carried on the intensity, the results meet the design requirements.Finally draw the wet type multi-disc clutch assembly drawing and part drawing, etc.Wet multi-disc friction clutch is widely used in vehicles, ships, and is a very important part in engineering mechanical driving part, and it relies on friction between the friction piece and dual steel piece to transfer power.In wet multi-disc friction clutch engagement process, under the action of control oil pressure, piston compression friction pair, due to the active part and the driven part of the clutch speed difference exists, therefore the friction piece and dual steel piece sliding friction each other, producing a large number of frictional heat.Friction heat flow into the friction piece and dual steel piece, cause the change of temperature field, resulting in thermal stress, changes the mechanics state of disc.Caused by friction heat inside the clutch temperature field and thermal stress field of the change is an important factor of clutch failure, it will lead to friction piece and dual steel piece warp, partial loss, disc surface stripping and surface thermal cracks generated form of failure.Therefore, thermal analysis was carried out on the clutch friction pair, for solving caused by friction heat of clutch failure has higher theoretical significance and practical value.Thermoelastic instability produce local high temperature will lead to the friction surface, which can lead to material damage, thermal crack formation and friction caused by vibration.Wet multi-disc friction clutch friction heat is a key cause of the failure, to solve the clutch thermal failure must be carried out on the friction pair of thermal analysis, obtains the distribution characteristics of temperature field and thermal stress field, provide the basis for the development of clutch technology.Grasp the dynamics of wet clutch engagement characteristics is the premise of accurate control of wet clutch.Wet clutch dynamic joint research is one of the important common technology research and development of automatic transmission.Keywords:Wet type multi-disc clutch、The temperature test、Friction heat、Thermal failure of the clutch.目录摘要（中文） (Ⅰ)（英文） (Ⅱ)第一章综述 (1)第一章综述一、综述：1.1、课题背景与研究意义湿式多片摩擦离合器的广泛应用于车辆、船舶及工程机械中一个重要的一个传动部件，它依靠摩擦片和对偶钢片之间的摩擦力去传递动力。
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.。
湿式多片离合器的热弹性失稳分析
湿式多片离合器的热弹性失稳分析邓涛;胡丰宾;孙冬野【摘要】基于湿式多片离合器实际结构和约束条件,应用ANSYS/LS-DYNA进行离合器摩擦副滑动摩擦阶段的瞬态热-结构耦合仿真,以分析对偶钢盘上的热点分布形式,比较不同厚度和不同环面宽度下,对偶钢盘表面的温度分布情况.最后用一个实例分析了对偶钢盘的尺寸对其热弹性失稳现象的影响.%Based on the real structure and constraint condition of wet multi-disc clutch, a transient thermal-structure coupling simulation of the clutch at its slipping phase is conducted with ANSYS/LS-DYNA to analyze the hot spot distribution on steel discs and compare the surface temperature distribution of steel discs with different thicknesses and surface widths. Finally, the effects of the dimension of steel disc on thermoelastic instability phenomenon are analyzed with a real example.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2012(034)010【总页数】5页(P918-922)【关键词】离合器;热弹性失稳;热应力;温度场;翘曲【作者】邓涛;胡丰宾;孙冬野【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;北汽福田汽车工程研究院商用车动力总成工程中心,北京102206;重庆大学,机械传动国家重点实验室,重庆400030【正文语种】中文前言湿式离合器摩擦副为环形薄片，在滑动摩擦过程中会产生热弹性失稳现象，引起对偶钢盘局部温度过高，产生波浪形翘曲。
湿式离合器教程范文
湿式离合器教程范文一、湿式离合器的基本原理和构造湿式离合器是利用摩擦阻力来实现动力传递的装置。
它由两个主要部分组成：离合器盘和压盘组。
离合器盘由摩擦片和钢片交替叠加而成，摩擦片和钢片分别固定在离合器盘的两个相邻面上；压盘组则由压盘、压盘弹簧和压盘螺母组成。
二、湿式离合器的工作原理1.接合过程：当离合踏板抬起时，离合器盘受到压盘的力，摩擦片与钢片之间形成耦合力。
这样，发动机的动力通过摩擦片传递到离合器盘，再通过传动轴传递到传动装置，从而实现动力传递。
2.分离过程：当离合踏板踩下时，压盘受到油压的作用向离合器盘施加压力，使离合器盘与压盘分离。
这样，发动机的动力无法传递到传动装置，实现离合状态。
三、湿式离合器的使用和维护正确使用和维护湿式离合器，对保证离合器的正常工作和延长使用寿命非常重要。
下面是一些使用和维护湿式离合器的注意事项：1.规范操作：在起步和换挡时应正确使用离合器。
起步时应缓慢抬起离合器踏板，避免猛踩或突然释放离合器；换挡时应先踩下离合器踏板再换挡，避免挂挡不准确或冲击换挡。
2.防止滑移：湿式离合器在工作时会产生一定的磨损和热量，过度滑移会导致离合器过热。
因此，在使用湿式离合器时要避免长时间踩离合器踏板或滑行行驶，以免造成离合器损坏。
3.定期维护：定期检查湿式离合器的工作状况，包括离合器油的液位和质量。
离合器油应保持在正确的液位，且油质清洁，无混入杂质。
如果需要更换离合器油，应选择合适的规格和品牌，按照厂家要求进行更换。
4.避免超载：避免在超载、急加速或高速行驶等条件下使用湿式离合器，以免过大的负荷和高温磨损对离合器造成损伤。
总之，湿式离合器是一种常见的动力传动装置，它的正确使用和维护对保证离合器的正常工作和延长使用寿命非常重要。
希望通过本文的介绍，能对湿式离合器的基本原理、构造和工作原理有更加深入的了解。
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 ￣
湿式多片摩擦离合器摩擦副热分析
湿式多片摩擦离合器摩擦副热分析
重庆大学硕士学位论文
学生姓名：陆国栋 导师姓名：杨 为 教 授 专 业：车辆工程 学科门类：工 学
重庆大学机械工程学院
二 O 一一年四月
Thermal Analysis of Friction Pair of Wet Multi-disc Clutch
多片离合器接合过程热流分配系数和温度变化规律
摘要 建立多片离合器摩擦元件接合传热过程的有限元计算模型，使用耦合计算方法研究了摩 擦元件在单次等初速接合与等时间接合过程中的热流分配系数及温度变化过程，并对温度进行无量 纲化处理和对比。结果表明，在两种接合过程中，热流分配系数都会高于定速滑摩工况，且在最后 阶段都会迅速上升并接近于 1；等初速接合过程的油压会影响接触面的最高温度，存在一个临界接 合油压，使接触面峰值温度比其他接合油压情况都低，有利于摩擦元件的热稳定；在不同初始速度 下的等时间接合过程中，改变接合油压会影响接合过程，但并不改变热流分配系数和无量纲温度的 变化过程，这便于快速计算接合过程摩擦元件的温度水平。
第 44 卷 温度变化规律
37
文章编号：1004-2539（2020）02-0037-05
DOI：10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2020. 02. 006
多片离合器接合过程热流分配系数和温度变化规律
袁跃兰 1 陈 漫 2 李世红 1
Abstract A finite element model of heat conduction process between the friction components in a multidisc clutch is setup. With coupled algorithm，the heat partition coefficient between friction components in multi-disc clutch and the temperature variations in the cases of engagement with the same initial rotating speeds and the same time are studied. The temperature field is non-dimensionalized and compared，the results show that，during both cases of engagement，the heat partition coefficients are higher than that of sliding with fixed rotating speed and approach to 1 rapidly at the end of engagement. The contact pressure in the case of engage‐ ment with the same initial rotating speed makes influence on its peak temperature，and thus there exists a criti‐ cal pressure with which the lowest peak temperature can be obtained. This critical pressure benefits the thermal stability of the multi-disc clutch. In the case of engagement with the same time，the heat partition process will not change even though the contact pressure is changed，and the variation processes of the dimensionless tem‐ perature will not be changed neither. This will facilitate the thermal status estimation of the clutch.
离合器接合过程中热-应力耦合分析
载的复杂性 ， 关于离合器 的研究文献还是较少 。本 文以某湿式多片摩擦离合器为研究对象 ， 考虑不 同
转速 工况 下 ， 离合 器 接合 过 程 中摩 擦 片 的温 度 响 应 特性 和热 应力 响应 特 性 ， 旨在 为 摩 擦 离 合 器 的 设计
第 １卷 第 ２ １ ６期 ２ １ ９月 ０ １年 １７ — １ １ （ Ｏ １ ２ —３３ ０ ６ １ ８ ５ ２ ｌ ） ６６ ０ —６
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ． １ Ｎ ． ６ Ｓ ｐ ０１ １ １ ｏ ２ ｅ ．２ １
Ｓ ｉ ｎ ｅ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇ ｎｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｃ ｅ ｃ ｃ ｏ ｏ ｙ ａ ｇ ｎ ｅｉ ｇ
比 ［ （ｇｏ Ｉ ］ Ｊ・ ｋ ． Ｃ） １
运动￣ｉ￣ （ ／ ／ ｍ２・ Ｉ） Ｊ ： ｓ １
导热系数／ ｗ ・（ ｏ Ｉ ｊ ［ ｍ． Ｃ） １
积成 正 比 ， 导热 方 向 与温 度 梯 度 方 向相 反 。故对 ｒ
一
般 的表 面 ， 流密度 为 热 ｑ＝ （ ｑ ， ） ＝一Ｄｇａ Ｔ ＝一Ｄ 。 （ ） ｑ ， ｒｄ Ｌ。 ’ Ｔ ３
２ ２ 对流 热换 系数 ．
ＣＭ０型机 油 在 摩 擦 表 面 的 流 动 可 分 为 层 流 、 Ｉ 过 渡 层 流 动 和 紊 流 三 种 类 型 。 当 Ｒ ｙ ｏｄ 数 小 于 ｅｎ ｌｓ ２×１ 时 ， ０ 润滑 油 流动为 层流 ； Ｒ ｙ ｏ ｓ 在 ２× 当 ｅｎ ｌ 数 ｄ
不回转或转速差很小 时进行结合 ， 否则牙齿可能会
因受撞 而折 断 ｕ 。摩 擦 离 合 器 可 在 任 何 不 同转 速 Ｊ 条件 下进 行接 合 ， 接 合 较平 稳 ， 击 和振 动较 小 ， 且 冲 在过 载 时摩 擦 面 将 发 生 打 滑 ， 防 止 零 件 损 坏 ， 可 但 是摩 擦 片 的 相 对 滑 动 会 引 起 摩 擦 片 的 磨 损 和 发
湿式多片离合器摩擦副温度仿真分析
瞬态温度场的基本方程为：
·
Ｋ Ｔ＋ＤＴ ＝Ｇ
·
（ １ １ ）
（ ２ ０ ）
式中： Ｋ ， Ｄ分别为导热矩阵和变温矩阵； Ｔ ， Ｔ 分别为节点温度 Ｆ 为广义节点热流量 向量和节点温度对时间的导数向量； 向量。 各单元的导热矩阵 Ｋ ， 变温矩阵 Ｄ ， 节点热流量向量 Ｇ ｉ ｊ ｉ ｊ ｉ 可表示为： Ｋ ｉ ｊ＝ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ Ｎ ｄ ｘ ｄ ｙ ｄ ｚ ＋ ＮＮｄ ｓ α ＋Ｋ ＋Ｋ [Ｋ ｘ ｘ ｙ ｙ ｚ ｚ]
（ １ ８ ）
图８ 离合器主、 从动盘片间的滑摩功变化曲线
（ １ ９ ）
４ 建立生热模型
４ ． １ 热流密度的计算 以上计算了湿式多片离合器滑磨功， 现假设在车辆接合 过程中湿式多片离合器滑磨功全部转化为热能， 则任一摩擦
９ － １ １ ］ 副间某一点在任一时刻所产生的热流密度为 ［ ：
Ｗ（ ｔ ） ／ ｄ Ａ＝ｑ （ ｉ ， ｒ ， ｔ ） ＝μ （ ｉ ， ｒ ， ｔ ） ｐ （ ｉ ， ｒ ， ｔ ） ｒ ｄ （ ｔ ）（ １ ０ ） ω 式中： Ｗａ Ｗ（ ｔ ） ； ｐ 为衬片接触比压， （ Ｐ ａ ） ； μ为摩擦系数； ｌ ｌ＝ ｄ （ ｔ ） 为 摩 擦 片 转 速 差， （ ｒ ａ ｄ ／ ｓ ） ； ｑ （ ｉ ， ｒ ， ｔ ） 为 热 流 密 度， ω ２ （ Ｗ／ ｍ ） ； ｉ 为第 ｉ 对摩擦副为常数， 本文取 ｉ ＝ ５ 。 用有限元法进行瞬态温度场计算时， 在空间量纲方面用 有限元离散， 采用伽辽金加权残值法建立迭代格式； 在时间
Ｊ α ｎ ｎ ＝Ｔ Ｌ －Ｔ ｎ 式中 α ｎ 为离合器角加速度。
ｔ Ｌ
}
（ ３ ）
Ｗ ２ ＝ 式中 Δ ω＝ ω ω ｅ－ ｎ
离合器摩擦片的热-应力耦合分析
（ 州 电子 科 技 大 学 机 械 工 程 学 院 ， 江 杭 州 ３ ０ １ ） 杭 浙 １０ ８
摘 要 ： 离合 器是 汽车 传动 系中的重要 总成 ， 摩擦 片是 离合 器的 重要 零件 之 一 ， 离合 器性 能 具有 很 大 对 的影 响 。为 了提 高 离合 器的 ． 作性 能 ， 用 有 限元技 术 对 离合 器摩 擦 片 进行 了热一 力耦 合 分析 ， 于 Ｙ － 采 应 基
Ａｂ ｔａ ｔ ｈ ｌｔｈ ｉ ａ ｎｅｒｌ ｆ ｈ ｕｏ ｔ ｅｔａ ｓ ｓｉｎｓｓｅ ｗｈ ｒ ｓｆｉｔ ｎｄｓ ｓｒ ｃ ：Ｔ ｅｃｕｃ ｓ ｎｉｔｇａ ｅａ ｔｍｏｉ ｒｎｍｉ ｏ ｙ ｔｍ， ｅｅａ ｒ ｉ ｉｋ，ａｍａｏ ａｔ ｆ ｈ ｌｔｈ ｍ— ｏｔ ｖ ｓ ｃｏ ｊｒｐ ｒ ｏ ｅｃｕｃ ，ｉ ｔ
所 建立 的 离合 器接 合过 程 中的热传 导物 理模 型 ， 进行 了有 限元分 析 ， 并得 到 了热载 荷 下摩擦 片的温度 分
布 以及应 力分布 情 况。 实验研 究结果表 明 ， 方 法对于 离合 器的使 用、 该 设计 具有 一定 的指导作 用 。 关键 词 ： 离合 器 ； 温度 场 ； 应力 ； 擦 片 ； 热 摩 耦合
ｔｏ ｓ ｏ ｌｎ ａ ｔｅ ｓ Ｂａ ｅ ｏ ｈｅ ｅ ｔｂ ｉｈ ｄ ｐ ｓｃ ｌｍ ｏ ｅ ｆｈｅ ｔｃ ｎ ｕｃｉｎ ｉ ｎ ａ ｉ ｏ ｅ ｓ ｏ ｌ ｃ ，ｔ ｅ ｆ— ｉｎ ｄｉｋ ｃ ｕｐ ｉｇ ｈｅ ｔｓｒｓ ． ｓ ｄ ｎ ｔ ｓａ ｌｓ ｅ ｈｙ ｉａ ｄ ｌｏ ａ ｏ ｄ ｔｏ ｎ ｅ ｇ ｇｎｇｐｒｃ ｓ ｆｃｕｔｈ ｈ ｉ ｎｉ ｌ ｍｅ ｔ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｃ ｉｅ ｔ ｅ ｅ ａｕｒ ｓｒｂ ｉｎ ａ ｅ ｔｄｉｔｉｕｔｏ ｆｆｉｔｏ ｓ ｎ ｒｔ ｅ ｍａ ｏ ｄｓ Ｔｈ ｔ ｅ ｅ ｎｓ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｏ ａ ｑｕｒ ｈｅ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅｄｉｔｉｕｔ ｎｄ ｈ ａ ｓｒｂ ｉｎ ｏ ｒｃ ｉｎ ｄｉｋ ｕ ｄｅ ｈ ｒ ｌｌａ ． ｅ ｏ ｅ
湿式多板离合器工作原理
湿式多板离合器工作原理一、概述湿式多板离合器是一种常见的传动装置，广泛应用于各种机械设备中。
它通过摩擦力将发动机与传动系统相连接或者断开，实现离合和传动功能。
本文将详细介绍湿式多板离合器的工作原理。
二、湿式多板离合器的结构湿式多板离合器通常由以下几个组成部分构成： 1. 铁制壳体：用于容纳离合器的各个部件，同时起到保护和支撑作用。
2. 主轴：将发动机的动力传输到离合器上。
3. 分离器：用于把离合器连接和分离。
4. 盘簧：提供足够的压力，使离合器片始终保持接触，以确保传动的可靠性。
5. 多个摩擦片：摩擦片通过与离合器片接触，并受到盘簧的压力，以实现传力和传动功能。
三、最基本的工作原理湿式多板离合器的工作原理可以简单概括为以下几个步骤： 1. 连接状态：当分离器与盘簧接触时，摩擦片和与之相接触的离合器片通过摩擦力以一定比例将发动机的动力传输到传动系统中，实现连接状态。
2. 分离状态：当分离器与盘簧脱离接触时，摩擦片与离合器片的接触面积减小，摩擦力降低，从而使离合器片不再传输动力，实现分离状态。
四、工作原理的具体细节湿式多板离合器的工作原理还包括以下几个细节： ### 1. 离合器片的工作原理离合器片是湿式多板离合器中的关键部件，它受到来自盘簧的压力，通过与摩擦片接触，以实现动力的传输。
离合器片通常由高强度钢材料制成，具有较好的耐磨性和耐高温性能。
2. 盘簧的工作原理盘簧提供足够的压力，使离合器片始终保持接触状态，从而实现传动的可靠性。
盘簧的压力由外部的压力装置控制，可以通过调节压力来实现不同的传力要求。
3. 摩擦片的工作原理摩擦片与离合器片接触，并通过摩擦力来实现动力的传输。
摩擦片通常由耐磨、耐高温的材料制成，比如纤维素、碳纤维等，以保证长时间使用时的可靠性和稳定性。
4. 分离器的工作原理分离器是连接分离机构与盘簧的部件，通过操纵分离机构的位置，可以控制分离器的接触与断开。
分离器工作的基本原理是通过操纵杆或者液压装置，改变分离机构的位置，从而实现连接和分离状态的切换。
8000KW救助船舶湿式多片摩擦离合器过热分析
8000KW救助船舶湿式多片摩擦离合器过热分析作者：张尚耀李辉来源：《珠江水运》2018年第07期摘要：船用湿式多片摩擦离合器（图1）的摩擦片在较高速度时容易发生滑摩或油膜剪切发热问题。
这与润滑油油路结构、摩擦片油槽结构及离合器使用条件、摩擦片内部温度场、位移场有关，还与润滑及冷却介质的流场有关。
本文着重对我局8000KW系列救助船舶所采用的湿式多片摩擦离合器在操作、维护和管理方面可能会引起多片摩擦离合器过热这个问题进行分析。
关键词：离合器过热8000KW系列远洋救助船舶采用齿轮箱为瓦锡兰公司配套提供，标配产品。
垂直偏心布置，偏心距850mm。
型号SCV85-PC69/P72，额定输入功率4500KW，额定输入转速750rpm，输出转速（螺旋桨转速）192.1rpm。
轴带发电机输出转速1513rpm，输出功率1800KW。
轴带消防泵输出转速1791rpm，输出功率1050KW。
轴带齿轮油泵组为同轴双联泵，其高压泵排量106升/分钟，低压泵排量190升/分钟。
每台齿轮箱配置1台独立的电动滑油、控制油备用泵，为同轴双联电动齿轮泵。
低压泵提供齿轮箱的相关部件润滑、冷却用油，高压泵为离合器和变距桨提供液压控制用油[1]。
齿轮箱主离合器和消防泵离合器均采用液压驱动的多片式摩擦片离合器，以减轻離合器合排时的扭力冲击振动对离合器及齿轮箱部件造成损害。
1.离合器摩擦片过热的主要成因实际工作状态下，离合器摩擦接触面的压力分布往往是不均匀的，这就造成了接触压力高的区域产生了较高的温度场，有较高温度场的区域又会形成较高的热膨胀，从而导致更高的接触压力的形成。
这种正反馈作用在相对滑动速度超过一个临界值的情况下将变得很不稳定，加剧摩擦表面接触压力和温度场的不均匀性，导致摩擦系统的不稳定，这种现象称为热弹性不稳定现象。
热弹性不稳定将导致摩擦面上产生局部高温点，从而导致材料破坏、热裂纹生成和摩擦振动的引起（如图2）。
研究发现，过热的两大主要原因是离合器合排打滑和严重带排。
多片湿式摩擦离合器的设计
多片湿式摩擦离合器的设计
仲侗之
【期刊名称】《摩托车技术》
【年(卷),期】1995(000)005
【摘要】摩托车离合器离合频繁，产生摩擦热量大，磨损快。
为保证离合器在一
定允许温度范围内正常工作和保持一定使用寿命，现广泛采用多片湿式摩擦离合器。
在进行离合器弹簧设计时应有试验要求；在摩擦片结构设计时应注意对摩擦材料，心板材料、摩擦偶数等进行合理选择。
【总页数】5页(P4-7,17)
【作者】仲侗之
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】U483
【相关文献】
1.湿式摩擦离合器摩擦片热分析和油槽结构研究 [J], 贾云海;张文明
2.湿式多片摩擦离合器接排过程热结构耦合分析 [J], 何泽银;吕和生;林腾蛟;潘丽
3.8000KW救助船舶湿式多片摩擦离合器过热分析 [J], 张尚耀;李辉
4.湿式多片摩擦离合器油路三维流场分析 [J], 吕和生;林腾蛟;张世军;李润方
5.湿式摩擦离合器摩擦片油槽对瞬态传热的影响 [J], 张世军;林腾蛟;吕和生
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离合器齿轮内花键的摩擦力为Ｚ，摩擦片内齿与摩擦
片座外花键的摩擦力为Ｚ＋。，ｎ为摩擦片和对偶片接
触面总数。
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（３）ｄ
式中：正为摩擦片的扭矩；Ａ为摩擦片与对偶片的接
触面积；ｐ为摩擦面间的摩擦系数，取０．１；Ｒ为摩擦
中摩擦片的角速度；ｌ。为离合器的结合时问。 ３．３对流换热系数计算
离合器采用ＣＤ４０柴油机油，其性能参数如表２ 所示。
式中：Ｌ为摩擦片、对偶片内外花键齿高；ｒ；为摩擦 片、对偶片内外花键齿分度圆半径，，＝１，２；ｍ为指数 常数；ｏｒ为润滑油的扩散率；ｔ，为润滑油的动力粘度；
∑ｑ。为圆周上新喷入润滑油的无量纲放热量总和： ∑ｑ。＝０．９８—０．３２（／３ＡＴ，）＋０．０６（肚ｔ）２—
万方数据
·４７·
一·机械研究与应用· 研夯与分析
５１７ｒａｍ，内圈直径为３５６ｍｍ，厚度为１２ｍｍ，材料为４５ 钢。离合器接排过程中，工作油缸进油推动活塞ｌ， 使摩擦片３和对偶片４逐渐压紧，摩擦片与对偶片间 相对滑动产生的滑摩功转化为热量，引起摩擦片温度 升高，大量的摩擦热可能导致摩擦片和对偶片过热 烧坏。
目前，对于离合器摩擦片发热及变形分析，国内 外学者已作了较为深入的研究，建立了摩擦片的热传 导有限元模型，通过传热分析得出了离合器接排过程 中摩擦片温度分布规律【１“１；在此基础上，建立了多 对摩擦片副热弹接触模型，分析离合器接排过程中摩 擦片温度场及产生热斑的现象，并给出了摩擦片副间 接触压力变化规律。卜９｜。进一步考虑摩擦片与摩擦 片座外花键、对偶片与离合器齿轮内花键问摩擦力作 用，分析摩擦片副间的正压力和花键齿间摩擦力的分 布规律；同时利用ＡＮＳＹＳ建立多对摩擦片副热弹性
”等豪）１／４’（等严∑ａｔ …）
万方数据
图６摩擦片哥ｌ有限元分析模型
４．２摩擦片副的温度场 利用ＡＮＳＹＳ对摩擦片副进行瞬态耦合热弹接触
有限元分析，计算接排过程中摩擦片副的温度场。如 图７所示给出了离合器接排过程中不同时刻的温度 云图。
·４９·
研夯与分析
整个过程最大接触压力８．ＩＯＭＰａ，约为摩擦片平均正 压力的２．８倍。
２．Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｇｅａｒｂｏｘ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０２２６３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｄｉｓｋｓ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｔｅｅｔｈ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｂｌｏｃｋ，ｍａｔｉｎｇ ｄｉｓｋｓ ａｎｄ ｉｍｅｍＭ ｔｅｅｔｈ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ ｇｅａｒ ｏｆ ｗｅｔ ｍｕｌｔｉ—ｄｉｓｋ ｍａｒｉｎｅ ｄｕｔｃｈ，ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｋｓ Ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｄｉｓｔｉｌ· ｂｕｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｅｅｔｈ ｗｅｒｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｆｌｕｘ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ ｈｅａｔ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｅｅｅｔ五ｃｉｅｎｔ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｄｉｓｋｓ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｈｅｌｐ ｏｆ ＡＮＳＹＳ，ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏ—ｅｌａｓｔｉｃ ｃｏｎｔａｃｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｕｌｔｉ—ｄｉｓｋ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｄｕｔｃｈ ＷＡ．ａ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄ ａｆ－ ｔｅｒ ｔｈｅ ｔｈｅｒｍｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｃｌｕｔｃｈ ｉｎ ｅｎｇａｇｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ａｘｉａｌ ａｎｄ １＂８－ ｄｉａｌ ｄｉｓｔｉｌｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｔｔｒｃ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｉｓｋｓ。陷ｗｅｌｌ ａｆｔ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｓｋｓ。ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ．
酮究与分析
·机械研究与应用·————－—————－－－－一
４ ｚ
鼍３
薹ｚ
斟１
摩擦片接触面ｊ
图５接排完成时花键齿间摩擦力分布
由图可知，各摩擦片间的正压力及花键齿间摩擦
力分布并不一致，随着摩擦片数的增加而不断减小。 接排完成时，第１个摩擦片副的正压力为２．８３ＭＰａ，
第２０个摩擦片副的正压力为２．１８ＭＰａ，仅为第１个
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｅｔ ｍｕｌｔｉ—ｄｉｓｋ ｃｌｕｔｃｈ；ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ；ｔｈｅｒｍｏ—ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｃｏｎｔａｃｔ；ｆｉｎ：ｒｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ
１引言 湿式多片摩擦离合器传递转矩大、承载能力强、
起动换向平稳、寿命长，广泛应用于船舶动力系统中。 在离合器接排过程中，摩擦片和对偶片滑摩发热，片 间局部温度较高，特别在频繁结合、高速、重载时，大 量的摩擦热可能导致摩擦片和对偶片过热烧坏。同 时滑摩过程可能使摩擦片和对偶片产生热膨胀，表面 温度分布不均和热应力，从而引起摩擦片变形，在离 合器频繁结合后，片间的接触面积将会锐减，可能造 成离合器丧失稳定性而失效。
（８）
将摩擦片副结构参数代人式（８），可得接排过程
任意时刻摩擦片副上正压力分布。如图４所示为接
排完成时各摩擦片间正压力分布曲线，此时摩擦片与
摩擦片座外花键、对偶片与离合器齿轮内花键间摩擦
力变化曲线如图５所示。
。ｌ ２
室壬８
筹２．４
崮２
峭１．６
０
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８
１２
１６
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薛撩式撞融面ｉ
图４接排完成时各摩擦片间正压力分布
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反对流换热
系数；利用ＡＮＳＹＳ建立了多对摩擦片副的热弹接触有限元分析模型，通过瞬态热结构耦合分析，得出接排过
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。
关键词：高舍器；接排；热弹耦舍；接触；有限元法
接触有限元模型，通过瞬态热结构耦合分析，研究接 排过程中摩擦片副瞬态温度、热弹变形及片间接触压 力的变化规律。 ２湿式多片摩擦离合器结构
如图１所示给出了船用齿轮箱湿式多片摩擦离 合器实体模型，主要由齿轮轴、摩擦片座、对偶片、摩 擦片、离合器齿轮、活塞等组成。其中摩擦片有ｌｌ 片，由两部分材料组成，一是芯片基板，材料为４５钢， 二是摩擦层，材料为铜基粉末冶金，如表１所示给出 了两种材料的物理特性参数。
中图分类号：ＴＨｌ３３．４
文献标识码：Ａ
文章编号：１００６—４４１４（２０１０）０５—００４７—０４
Ｔｈｅｒｍｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｕｐｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗｅｔ ｍｕｌｔｉｄｉｓｋ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｌｕｔｃｈ ｄｕｒｉｎｇ ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ
Ｈｅ Ｚｅ—ｙｉｎｌ，ＬＶ Ｈｅ—ｓｈｅｎ９１’２，Ｌｉｎ Ｔｅｎｇ—ｊｉａ０１，Ｐａｎ １５１ （１．Ｓｔａｔｅ ｋｅｙ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ可ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ；
摩擦片副正压力的７７％。
３．２摩擦面热流密度计算
离合器接排过程中，摩擦面的热流量主要由正压
力、摩擦材料的摩擦系数、摩擦片副的尺寸、离合器的
转速以及离合器的接排时间综合决定，各摩擦片副之 问的热流密度并不相同。
摩擦面的热流密度可用下式计算：
吼’＝ｒ／／ｚｐｖ＝ｒ／／．ｔｐ；ｒ。甜
（９）
式中：，７为摩擦功变为热量的转化率，取为０．９５；ｐｉ为 摩擦片的正压力；∞为摩擦片和对偶片的相对滑动角
表１摩擦片副材料性能参数
图３摩擦片副受力分析
３传热边界条件
３．１摩擦副片间正压力计算
利用齿轮箱性能综合试验台测得离合器油缸中 工作油压力曲线如图２所示，接排时间为２．２ｓ。
２
Ｆ¨
己１．ｏ
盏¨
０
图２工作油压力试验曲线
假设工作油缸活塞作用在对偶片上的压力均匀 分布，为便于ＡＮＳＹＳ通过参数化命令流施加边界条 件，对压力曲线做最小二乘多项式拟合，可得接排过 程的工作油缸压力曲线方程为：
表２ ＣＤ４０柴油机油的性能参数
密度比热
运动粘度（５０。Ｃ）
导热系数
ｐｆ／ｋｇ·ｍ。’ｃｆ／Ｊ·（ｋｇ·℃）～ｖｆ／ｍ２·８一ｈｆ／Ｗ·（ｍ·℃）。‘
８８０
１６００
６３×１０—６
０．１４４
摩擦片副的对流换热包括花键齿面对流换热和 端面对流换热。在分析摩擦片内外花键齿面对流换 热时，将其简化为当量圆柱面，对流传热系数计算公 式为㈨：
（５） ‘。
２盯／ｚ（Ｒ３一ｒ３）。ｄｌＣＯＳＯｃ
第ｉ片摩擦片受到的扭矩为：
正‘ ＝—ｉ＿Ｆ３ｔＡｉ＿＿ｌ １丁 苹ｏ
（６） 、’
２掣（Ｒ３一ｒ３）’ｄｉＣＯＳＧＥ
利用式（２）一（４）及式（６）可得：
Ｆ；＝Ｆｉ—ｌ’（１一Ａ。）
（７）
式中：Ａ；为递减系数：
则各摩擦片受到的正压力为：
Ｐｉ＝ＰＨ ７（１一Ａｉ）
·机械研究与应用·一硼究与分析
湿式多片摩擦离合器接排过程热结构耦合分析。
何泽银１，吕和生∽，林腾蛟１，潘丽１
（１．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００３０；２．重庆齿轮葙有限责任公司，重庆４０２２６３）
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、对偶片与离合器齿轮内花键问摩擦力
速度；ｒｃ为摩擦面上任意点到圆心的距离。 假设对偶片与摩擦片的速度为线性变化规律，
主、从动片在工作油压力达到稳定时没有相对滑动，