离合器摩擦片磨损规律研究
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Keywords : Friction Disk Wear
离合器是机械设备的重要构件 。摩擦离合器是利 用材料之间的摩擦力来传递动力的机构 , 它既可以很 有效的传递动力还可以保证传动部件的安全 , 是离合 器中比较常见的一种 。摩擦片是摩擦离合器的核心构 件 。摩擦片在工作过程中难免存在磨损 , 磨损的宏观 规律对评价离合器的性能的变化具有重要意义 。本文 利用理论推导和计算机仿真相结合的方法 , 推导了磨 擦片的磨损量随使用时间变化的公式 , 并在某型发动 机风扇离合器上进行了验证 ; 同时 , 本文还提出了具 有工程意义的应用方法 , 为进行进一步的研究提供了 依据 。 1 假设
离合器摩擦片长期磨损规律研究
张学勇 刘沃野 陶凤和 王 平
(军械工程学院地炮教研室 石家庄 050003)
摘要 : 摩擦离合器是传动系统的重要构件 , 本文采用理论推导和计算机仿真相结合的方法 , 对摩擦片的宏观磨损 规律进行了研究 , 得出了具有普遍意义的理论公式并提出了具有工程应用价值的计算方法 。
(a)
( b)
图 4 随打滑次数变化的计算仿真结果
图 4 (a) 为一次磨损量随次数的变化曲线 , 图 4
(b) 为磨损总量随次数的变化曲线 。由以上仿真结果
可以看出 , 在以打滑次数为自变量进行计算时 , 磨损
量的变化情况更趋于线性 , 所以 , 其利用线性近似的
结果更为精确 。
5 结论
一般摩擦片的磨损极限在 1mm 左右 , 结合工程
∫ ΔH = Δhdt
即 ΔH = Δh
(3)
将公式 (1) 和 (2) 代入 (3) 得
-
P
s nk
=
a+
bP
解以上方程可得如下结果 :
(4) 《润滑与密封》
P =-
a b
+
Ce - bsnkt
(5)
∵P | t = 0 = Po
∴C =
Po +
Leabharlann Baidua b
Po 为摩擦表面初始正压力 ( Pa) 。
将公式 (5) 代入 (1) 和 (3) 得磨损量的变化
(a)
( b)
图 3 随打滑时间变化的计算仿真结果
图 3 (a) 为磨损量和打滑力矩随时间的变化曲
线 , 图 3 (b) 为图 3 (a) 的局部放大图 , 从图 3 ( b)
中可以看出在打滑时间不太长时变化的近似线性 。
假设 To = 1s , 对 (8) 式的结果进行仿真 , 可以
得到如图 4 的仿真结果 。
线性关系 。故可以假设以
下公式存在 :
图 2 压力对磨损量的影响
Δh = a + b·P
(1)
式中 : a 、b 为实验所得的数据 , Δh 为单位时间
内摩擦片的磨损量 。
对于线性弹簧 , 其正压力的大小与弹簧的压缩量
成正比 , 所以 , 有以下公式存在 :
P = [ ( Ho - ΔH) ·nk ]/ s
公式 :
t
∫ ΔH =
b ·Ce -
bsnkτdτ =
( bPo
+
a)
s bnk
1-
e - bsnkt
0
(6)
对于圆盘式摩擦片 , 其摩擦力矩的大小由以下公
式求得 :
r2
∫ M = f · P ·2πr2 dr
r1
=
2 3
f
·π·(
r32
-
r31) ·P
(7)
式中 : r2 和 r1 分别为摩擦片的外半径和内半径 ,
ΔH = Ho - P ·s/ ( nk)
(2)
式中 :
P : 摩擦表面的正压力 ( Pa) ;
Ho : 弹簧的初始压缩量 (m) ;
ΔH : 摩擦片的磨损总量 (m) ;
n : 弹簧的数量 ;
k : 弹簧的弹性系数 (N/ m) ;
s : 摩擦片的摩擦表面积 (m2) 。
ΔH 与Δh 之间有如下关系 :
参考文献
[1 ] 12150L 柴油机 [M] , 北京 : 国防工为出版社 , 1982 。
[2 ] 机械工程手册 [M] , 机械工业出版社 , 1982 。 [3 ] 王平 , 自 行 火 炮 风 扇 离 合 器 性 能 动 态 检 测 与 仿 真 研 究
[ D] , 石家庄军械工程学院 , 1999 。
对于摩擦片磨损量的计算 , 做以下几条假设 : (1) 摩擦片材料均匀 , 其摩擦系数不随磨损量的 加大而变化 。 (2) 长时间工作时 , 只有磨损量对磨损的变化有 影响 , 不考虑其他因素的影响和变化 。 2 模型 摩擦离合器的物理模型如图 1 所示 。
图 1 模型图
图中阴影部分分别为主动和从动摩擦片 。弹簧为 压紧弹簧 。 3 理论推导
4 仿真计算
注意 : 实验表明 , 单位时间内的磨损量还与摩擦
面的相对速度有密切的关系 , 而在圆盘式摩擦片的工
作过程中 , 沿径向上各点的速度是不一样的 。为了简
化计算 , 本文采用平均速度法对这一问题进行简化 。
将盘式摩擦片等效成带式摩擦片进行计算 。这种思想
在类似计算中经常用到 。
通过对某型自行火炮发动机风扇离合器的相关数
45
the macroscopical theoretical formula of the wear rules of the friction disk and provides a practical way for engineers. And it will have some use in the computer2simulation and calculation of the friction disk1
理论上摩擦片的磨损量与许多因素有关 , 但当考 虑摩擦片的长时间宏观磨损量时 , 我们可以认为磨损
44
量的变化情况仅与摩擦片的正压力有关 。从文献[2] 中
可以得出磨损量与正压力的关系图如图 2 所示 。 由图中可以得出 , 正
压力变化范围不大时 , 固 定时 间 ( 30min) 内 磨 损 量随正压力的变化近似呈
实际 , 可以得出以下结论 :
(1) 磨损量随纯打滑时间的变化是非线性的 , 但
在实际中采用线性变化近似方法 , 能够满足工程需
要。
(2) 磨损量随打滑次数的变化更趋于线性 , 在工程
实际中 , 采用对少数测试结果进行插值的方法对某一使
用次数后的磨损量进行计算 , 不但可以大大减少测试的
次数 , 提高工作效率 , 而且不会影响到结果的精度。
关键词 : 摩擦片 磨损
A Study on the Wear2rules of the Friction Disk
Zhang Xueyong Liu Woye Tao Fenghe Wang Ping
( The Postgraduate Team of the Ordnance Engineering College , Shijiazhuang 050003) Abstract : The friction clutch is an important part of the gearing1 Using the methods of the calculation and the simulation , this paper presents
似表示为 :
Tn = -
TO ·PO
n- 1
a b
+ ( PO +
a) b
·e ∑ -
bnk s
Tj
i= j
则由公式 (1) 和 (5) 可以得到 :
n- 1
ΔHn
=
· · b
Ce ∑ -
bnk s
Tj
i= j
Tn
(8)
i 、j = 1 ,2 ,3 ,4 , ……;
ΔHn : 第 n 次打滑过程中的磨损量 (m) 。
据进行收集 , 取 Po = 014MPa , 结果如下 : a = 1105 ×10 - 6 (m)
b = 6 ×10 - 12 (m/ Pa) s = 01033 (m2)
2002 年第 5 期
k = 315 ×104 (N/ m)
n=8 a/ b = 117 ×105 ( Pa) bnk/ s = 5 ×10 - 5 利用计算机进行仿真计算 , 可以得到如图 3 的仿 真曲线 。
f : 摩擦片材料的摩擦系数 。
在实际工作状态下 , 离合器不是连续工作的 , 所
以确定离合器的纯打滑时间比较困难 , 但是 , 确定离
合器的打滑次数却很容易 。假设离合器在每次工作中
被动部分都要被加速到一个固定值 , 则每次打滑的时
间与打滑力矩成反比 , 即与正压力成反比 , 假设第
次工作打滑时间为 To , 则第 n 次打滑的时间可以近
离合器是机械设备的重要构件 。摩擦离合器是利 用材料之间的摩擦力来传递动力的机构 , 它既可以很 有效的传递动力还可以保证传动部件的安全 , 是离合 器中比较常见的一种 。摩擦片是摩擦离合器的核心构 件 。摩擦片在工作过程中难免存在磨损 , 磨损的宏观 规律对评价离合器的性能的变化具有重要意义 。本文 利用理论推导和计算机仿真相结合的方法 , 推导了磨 擦片的磨损量随使用时间变化的公式 , 并在某型发动 机风扇离合器上进行了验证 ; 同时 , 本文还提出了具 有工程意义的应用方法 , 为进行进一步的研究提供了 依据 。 1 假设
离合器摩擦片长期磨损规律研究
张学勇 刘沃野 陶凤和 王 平
(军械工程学院地炮教研室 石家庄 050003)
摘要 : 摩擦离合器是传动系统的重要构件 , 本文采用理论推导和计算机仿真相结合的方法 , 对摩擦片的宏观磨损 规律进行了研究 , 得出了具有普遍意义的理论公式并提出了具有工程应用价值的计算方法 。
(a)
( b)
图 4 随打滑次数变化的计算仿真结果
图 4 (a) 为一次磨损量随次数的变化曲线 , 图 4
(b) 为磨损总量随次数的变化曲线 。由以上仿真结果
可以看出 , 在以打滑次数为自变量进行计算时 , 磨损
量的变化情况更趋于线性 , 所以 , 其利用线性近似的
结果更为精确 。
5 结论
一般摩擦片的磨损极限在 1mm 左右 , 结合工程
∫ ΔH = Δhdt
即 ΔH = Δh
(3)
将公式 (1) 和 (2) 代入 (3) 得
-
P
s nk
=
a+
bP
解以上方程可得如下结果 :
(4) 《润滑与密封》
P =-
a b
+
Ce - bsnkt
(5)
∵P | t = 0 = Po
∴C =
Po +
Leabharlann Baidua b
Po 为摩擦表面初始正压力 ( Pa) 。
将公式 (5) 代入 (1) 和 (3) 得磨损量的变化
(a)
( b)
图 3 随打滑时间变化的计算仿真结果
图 3 (a) 为磨损量和打滑力矩随时间的变化曲
线 , 图 3 (b) 为图 3 (a) 的局部放大图 , 从图 3 ( b)
中可以看出在打滑时间不太长时变化的近似线性 。
假设 To = 1s , 对 (8) 式的结果进行仿真 , 可以
得到如图 4 的仿真结果 。
线性关系 。故可以假设以
下公式存在 :
图 2 压力对磨损量的影响
Δh = a + b·P
(1)
式中 : a 、b 为实验所得的数据 , Δh 为单位时间
内摩擦片的磨损量 。
对于线性弹簧 , 其正压力的大小与弹簧的压缩量
成正比 , 所以 , 有以下公式存在 :
P = [ ( Ho - ΔH) ·nk ]/ s
公式 :
t
∫ ΔH =
b ·Ce -
bsnkτdτ =
( bPo
+
a)
s bnk
1-
e - bsnkt
0
(6)
对于圆盘式摩擦片 , 其摩擦力矩的大小由以下公
式求得 :
r2
∫ M = f · P ·2πr2 dr
r1
=
2 3
f
·π·(
r32
-
r31) ·P
(7)
式中 : r2 和 r1 分别为摩擦片的外半径和内半径 ,
ΔH = Ho - P ·s/ ( nk)
(2)
式中 :
P : 摩擦表面的正压力 ( Pa) ;
Ho : 弹簧的初始压缩量 (m) ;
ΔH : 摩擦片的磨损总量 (m) ;
n : 弹簧的数量 ;
k : 弹簧的弹性系数 (N/ m) ;
s : 摩擦片的摩擦表面积 (m2) 。
ΔH 与Δh 之间有如下关系 :
参考文献
[1 ] 12150L 柴油机 [M] , 北京 : 国防工为出版社 , 1982 。
[2 ] 机械工程手册 [M] , 机械工业出版社 , 1982 。 [3 ] 王平 , 自 行 火 炮 风 扇 离 合 器 性 能 动 态 检 测 与 仿 真 研 究
[ D] , 石家庄军械工程学院 , 1999 。
对于摩擦片磨损量的计算 , 做以下几条假设 : (1) 摩擦片材料均匀 , 其摩擦系数不随磨损量的 加大而变化 。 (2) 长时间工作时 , 只有磨损量对磨损的变化有 影响 , 不考虑其他因素的影响和变化 。 2 模型 摩擦离合器的物理模型如图 1 所示 。
图 1 模型图
图中阴影部分分别为主动和从动摩擦片 。弹簧为 压紧弹簧 。 3 理论推导
4 仿真计算
注意 : 实验表明 , 单位时间内的磨损量还与摩擦
面的相对速度有密切的关系 , 而在圆盘式摩擦片的工
作过程中 , 沿径向上各点的速度是不一样的 。为了简
化计算 , 本文采用平均速度法对这一问题进行简化 。
将盘式摩擦片等效成带式摩擦片进行计算 。这种思想
在类似计算中经常用到 。
通过对某型自行火炮发动机风扇离合器的相关数
45
the macroscopical theoretical formula of the wear rules of the friction disk and provides a practical way for engineers. And it will have some use in the computer2simulation and calculation of the friction disk1
理论上摩擦片的磨损量与许多因素有关 , 但当考 虑摩擦片的长时间宏观磨损量时 , 我们可以认为磨损
44
量的变化情况仅与摩擦片的正压力有关 。从文献[2] 中
可以得出磨损量与正压力的关系图如图 2 所示 。 由图中可以得出 , 正
压力变化范围不大时 , 固 定时 间 ( 30min) 内 磨 损 量随正压力的变化近似呈
实际 , 可以得出以下结论 :
(1) 磨损量随纯打滑时间的变化是非线性的 , 但
在实际中采用线性变化近似方法 , 能够满足工程需
要。
(2) 磨损量随打滑次数的变化更趋于线性 , 在工程
实际中 , 采用对少数测试结果进行插值的方法对某一使
用次数后的磨损量进行计算 , 不但可以大大减少测试的
次数 , 提高工作效率 , 而且不会影响到结果的精度。
关键词 : 摩擦片 磨损
A Study on the Wear2rules of the Friction Disk
Zhang Xueyong Liu Woye Tao Fenghe Wang Ping
( The Postgraduate Team of the Ordnance Engineering College , Shijiazhuang 050003) Abstract : The friction clutch is an important part of the gearing1 Using the methods of the calculation and the simulation , this paper presents
似表示为 :
Tn = -
TO ·PO
n- 1
a b
+ ( PO +
a) b
·e ∑ -
bnk s
Tj
i= j
则由公式 (1) 和 (5) 可以得到 :
n- 1
ΔHn
=
· · b
Ce ∑ -
bnk s
Tj
i= j
Tn
(8)
i 、j = 1 ,2 ,3 ,4 , ……;
ΔHn : 第 n 次打滑过程中的磨损量 (m) 。
据进行收集 , 取 Po = 014MPa , 结果如下 : a = 1105 ×10 - 6 (m)
b = 6 ×10 - 12 (m/ Pa) s = 01033 (m2)
2002 年第 5 期
k = 315 ×104 (N/ m)
n=8 a/ b = 117 ×105 ( Pa) bnk/ s = 5 ×10 - 5 利用计算机进行仿真计算 , 可以得到如图 3 的仿 真曲线 。
f : 摩擦片材料的摩擦系数 。
在实际工作状态下 , 离合器不是连续工作的 , 所
以确定离合器的纯打滑时间比较困难 , 但是 , 确定离
合器的打滑次数却很容易 。假设离合器在每次工作中
被动部分都要被加速到一个固定值 , 则每次打滑的时
间与打滑力矩成反比 , 即与正压力成反比 , 假设第
次工作打滑时间为 To , 则第 n 次打滑的时间可以近