湿式多片摩擦离合器摩擦副热分析

论文摘要

湿式多片摩擦离合器广泛应用于车辆、船舶及工程机械中的一个重要的传动部件,它依靠摩擦片与对偶钢片之间的摩擦力来传递动力。在湿式多片摩擦离合器的接合过程中,在控制油压的作用下,活塞压紧摩擦副,由于离合器的主动部分和从动部分存在转速差,因此摩擦片和对偶钢片相互滑摩,产生大量摩擦热。摩擦热流进入摩擦片和对偶钢片后,引起温度场的改变,进而引起热应力场的产生,改变了盘片的力学状态。由摩擦热引起的离合器内部的温度场和热应力场的改变是离合器失效的重要因素,它将导致摩擦片和对偶钢片的翘曲、局部烧损、盘片表面材料剥离以及表面热裂纹生成等形式的失效。因此,对离合器摩擦副进行热分析,对于解决由摩擦热引起的离合器失效具有较高的理论意义和实用价值。根据湿式多片摩擦离合器的基本结构,对摩擦副几何模型进行了合理的简化,推导了摩擦生热以及摩擦热分配的数学模型。在此基础上建立了模拟湿式多片摩擦离合器摩擦片和对偶钢片温度场及热应力场的有限元模型,在较为准确地确定边界条件后,进行了热分析的求解。讨论了离合器接合过程中摩擦片和对偶钢片温度场的空间分布规律、温度场随时间变化的规律,并通过顺序耦合法求得摩擦片和对偶钢片的热应力场,得到了热应力场的空间和时间分布规律。对离合器摩擦副中的热弹不稳定特性进行了理论分析,研究了扰动作用下对称型和反对称型对偶钢片的温度场、位移场和应力场模型,得出了特征方程,求得热弹不稳定特性的临界速度。着重研究波数、盘片厚度和结构对称性等因素对摩擦副中热弹不稳定现象影响规律。本文的研究成果为改善湿式多片摩擦离合器的性能,延长其使用寿命提供了指导,为高性能湿式多片摩擦离合器的设计开发奠定了理论基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 国内外发展趋势
• 1.2.1 温度场和热应力场研究
• 1.2.2 热弹不稳定性研究
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 热传递及热弹性基本理论
• 2.1 热传导基本理论
• 2.1.1 傅里叶定律
• 2.1.2 热传导微分方程
• 2.1.3 单值性条件
• 2.2 热弹性理论
• 2.2.1 热应力
• 2.2.2 热弹性理论的基本方程
• 2.3 离合器摩擦副热应力的解析解
• 2.4 本章小结
• 3 湿式多片摩擦离合器摩擦副有限元热分析模型
• 3.1 摩擦副热分析的有限元理论
• 3.1.1 无内热源瞬态轴对称温度场的有限元解法
• 3.1.2 热应力轴对称问题有限元解法
• 3.2 摩擦副生热原理及计算
• 3.3 湿式多片摩擦离合器基本工作原理及几何模型
• 3.3.1 基本工作原理
• 3.3.2 几何模型
• 3.4 湿式多片摩擦离合器摩擦副有限元建模
• 3.4.1 有限元模型的离散化
• 3.4.2 有限元模型的材料参数
• 3.4.3 有限元模型边界条件的确定
• 3.5 本章小结
• 4 湿式多片摩擦离合器摩擦副有限元热分析结果
• 4.1 离合器摩擦副的温度场
• 4.1.1 摩擦片的温度场分布
• 4.1.2 对偶钢片的温度场分布
• 4.2 离合器摩擦副的热应力场
• 4.2.1 摩擦片的热应力场分布
• 4.2.2 对偶钢片的热应力场分布
• 4.3 本章小结
• 5 湿式多片摩擦离合器热弹不稳定特性
• 5.1 摩擦副平面模型
• 5.2 对偶钢片温度场、位移场和应力场
• 5.3 热弹不稳定性的临界速度
• 5.4 对偶钢片热弹不稳定性的影响因素
• 5.5 本章小结
• 6 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者攻读硕士学位期间发表论文的目录
• B 作者攻读硕士学位期间申请的专利目录
• C 作者攻读硕士学位期间参与的科研项目目录