湿式摩擦离合器片翘曲变形研究

第20卷　第4期2000年8月北京理工大学学报Jour na l o f Beijing Inst itute of T echno lo gy V o l.20　No.4A ug.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.

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15m m 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15m m 带宽的粉层被磨薄0.1mm ,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/m in 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 与径向应力 r 可计算为

= 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) r = 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 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, r 值约低于 一个数量级,因此对总应力起关键作用的是圆周方向应力 .对于图4所示的温度状态,计算的摩擦片平面周向应力 如图5.应力 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

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

CAI Dan 1,　WEI Chen-g uan 1,　SONG Wen-y ue 2

(1.Schoo l o f Vehicle and T ranspor tation Eng ineer ing ,Beijing Inst itute o f T echno lo gy ,Beijing 100081;

2.China N or th V ehicle R esearch Institute,Beijing 100072)

Abstract :To study the influence of different forms o f loading co nditions on thermal deformations o f plates in w et clutch,a test in which the pressure distributio ns on steel disc's surface w ere strongly no n -uniform w as done .The ex perim ental results indicated that conical deformation o r disc wav iness appeared under differ ent loading co nditions.Thermal loading concentr ated on the outer circumference o f the discs during the eng ag ement tim e m ay result in a for m of conical deformation.Disc w aviness may arise if the sur face pressure is hig her near the inner circumference of the discs than near their outer parts.Key words :friction discs ;dual discs ;w arping deform ation ;thermal loading 451　第4期蔡　丹等:湿式摩擦离合器片翘曲变形研究