表面形貌对纸基湿式摩擦离合器摩擦特性的影响及机理分析

论文摘要

纸基湿式摩擦离合器具有较理想的静动摩擦系数比、啮合柔软平稳、噪音小、保护对偶材料等特点，已被广泛应用于轿车和建筑工程车辆的自动变速器。 自动变速器实现扭矩传递是依靠纸基湿式摩擦离合器的摩擦片-对偶钢片组成的摩擦副，当该摩擦副的摩擦特性不够理想时在离合器啮合时会产生振动和尖叫，如何克服和减小这种振动和尖叫，是一个重要的工程问题。 研究发现：振动与摩擦副的摩擦系数-滑动速度曲线有紧密的联系，当摩擦系数-滑动速度曲线为负梯度（dμ/dV＜0）时，摩擦系统为一负阻尼的振动系统，摩擦会引起自激振动，甚至发出刺耳尖叫声。而当摩擦系数-滑动速度曲线为正梯度时，振动和尖叫随之消失。按照上述思路，解决纸基湿式摩擦离合器的振动和尖叫问题，就需要设法控制其摩擦特性。 为了控制纸基湿式摩擦离合器的摩擦特性，过去在自动变速器油（ATF）的研制、纸基摩擦材料的开发等方面已开展了大量工作，但对对偶钢片（又称隔离片）表面形貌对摩擦特性的影响考虑不多，本文就是保持ATF和摩擦材料不变的情况下，探索隔离片的表面形貌对湿式离合器摩擦性能的影响，对此进行系统的理论和试验研究，主要完成了以下工作，并获得相关研究成果： （1） 为了实现对摩擦特性的主动控制，首先对表面形貌所具有的特点进行较全面的分析，同时这种研究应是后续理论研究的基础。本文从粗糙峰接触和润滑的角度，对表面形貌特征进行了较为全面的描述和参数提取。在人工初选了14个形貌表征参数的基础上，利用人工神经网络技术和试验数据进一步优选了5个重要表征参数，它们是表面形貌设计的重要依据。 （2） 通过对大量的摩擦系数随速度变化曲线的归类、分析，发现影响摩擦特性的重要因素是润滑状态的变化。当摩擦副表面的油膜较厚时，润滑效果增加，动摩擦系数会随速度的增加而减小；而当摩擦副表面的油膜较薄时，随着速度的增加，油膜剪切力的增加量快于微凸体接触面积减小引起的摩擦力减小量，动摩

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 湿式摩擦离合器和纸基摩擦材料简介
• 1.3.1 湿式摩擦离合器
• 1.3.1.1 湿式离合器的典型结构
• 1.3.1.2 湿式离合器现存主要问题
• 1.3.2 纸基摩擦材料简介
• 1.4 国内外研究概述
• 1.4.1 湿式摩擦离合器啮合过程中摩擦润滑状态分析
• 1.4.2 湿式摩擦机理研究现状
• 1.4.3 摩擦性能的影响因素研究现状
• 1.4.4 表面形貌的摩擦学效应研究现状
• 1.4.5 隔离片表面形貌对摩擦特性影响的研究现状
• 1.5 本文主要研究内容
• 1.5.1 本文主要研究内容
• 1.5.2 本文研究的关键问题
• 1.5.3 本文的重点工作
• 第二章 三维形貌表征参数的选择
• 2.1 高度参数
• q'>2.1.1 均方根粗糙度S_q
• 2.1.2 十点高度Sz
• 2.1.3 偏斜度Ssk
• 2.1.4 驼峰度Sku
• 2.2 功能参数
• 2.2.1 表面承载指数Sbi
• 2.2.2 腹部流体保持指数Sci
• 2.2.3 谷底流体保持指数Svi
• 2.3 空间参数
• 2.3.1 最快下降自相关长度Sal
• 2.3.2 表面纹理纵横比Str
• 2.3.3 表面峰密度Sds
• 2.4 混合参数
• 2.4.1 面平坦度Sfr
• 2.4.2 面均方根Ssl
• 2.4.3 表面峰顶曲率算术平均值Ssc
• 2.4.4 表面界面面积增加率Sdr
• 2.5 本章小结
• 第三章 三维表面形貌数据的采集与处理
• 3.1 三维表面形貌数据的采集
• 3.1.1 仪器及工作原理
• 3.1.1.1 MHT—Ⅲ非接触式白光干涉轮廓仪
• 3.1.1.2 Talysurf 5P-120触针式轮廓仪
• 3.1.2 采样面积的选择
• 3.2 三维表面形貌数据的预处理
• 3.3 基于小波分析的三维表面粗糙度信号提取
• 3.3.1 小波基本理论
• 3.3.2 信号消噪处理
• 3.3.3 粗糙度信号提取
• 3.4 实例分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 纸基湿式摩擦离合器的摩擦、磨损特性试验
• 4.1 实验规范的制定
• 4.1.1 试验内容
• 4.1.2 试验准备
• 4.1.2.1 试验设备选型
• 4.1.2.2 试样的准备
• 4.1.2.3 试样夹具
• 4.1.2.4 温度测量方法
• 4.1.2.5 摩擦系数-滑动速度特性评价参数
• 4.1.3 试验参数
• 4.1.3.1 采集频率设置
• 4.1.3.2 试验条件
• 4.1.4 试验步骤
• 4.2 试验结果分析与讨论
• 4.2.1 使用ATF润滑介质时试验结果
• 4.2.1.1 耐久性试验
• 4.2.1.2 特性试验
• 4.2.1.3 磨损量变化
• 4.2.1.4 形貌变化
• 4.2.2 使用齿轮油时试验结果
• 4.2.2.1 耐久性试验
• 4.2.2.2 特性试验
• 4.2.2.3 磨损量变化
• 4.2.2.4 形貌变化
• 4.3 两种润滑油耐久试验结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 表面形貌对摩擦特性影响的试验研究以及基于神经网络的表面形貌特征参数评价与优选
• 5.1 表面形貌对摩擦特性影响的试验研究
• 5.1.1 试样表面形貌
• 5.1.2 试验结果
• 5.1.2.1 原始隔离片表面的试验结果
• 5.1.2.2 喷砂表面的试验结果
• 5.1.2.3 电火花加工表面的试验结果
• 5.1.3 分析与讨论
• 5.1.3.1 表面形貌变化
• 5.1.3.2 摩擦特性对比
• 5.1.4 结论
• 5.2 基于神经网络的表面形貌特征参数评价与优选方法
• 5.2.1 评价指标
• 5.2.2 基于神经网络的特征评价
• 5.2.3 基于神经网络的特征评价方法具体步骤
• 5.2.4 使用灵敏度作为特征评价指标的可行性验证
• 5.2.5 试验样本数据的获得
• 5.2.6 网络的建立及训练
• 5.2.7 优选结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 湿式摩擦离合器摩擦机理分析及摩擦系数的计算
• 6.1 纸基湿式摩擦离合器的润滑状态分析
• 6.1.1 摩擦系数随速度变化的模式
• 6.1.2 摩擦副表面间隙的变化
• 6.1.3 润滑状态的变化
• 6.1.4 结论
• 6.2 摩擦机理分析
• 6.2.1 油膜剪切摩擦机理及其局限性
• 6.2.2 边界摩擦机理及其局限性
• 6.2.3 混合摩擦机理模型
• 6.2.4 纸基湿式摩擦离合器的摩擦机理
• 6.3 摩擦系数的计算
• 6.4 摩擦系数-速度曲线仿真计算
• 6.4.1 摩擦表面基本方程
• 6.4.2 油膜厚度方程
• 6.4.3 微凸体承载力的计算
• 6.4.4 油膜承载力和油膜剪切力的计算
• 6.4.5 计算流程
• 6.4.6 结果分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 表面纹理对摩擦特性影响的数值分析
• 7.1 计算方法
• 7.1.1 纹理形式及参数
• 7.1.2 计算方法
• 7.2 计算结果及讨论
• 7.2.1 表面纹理对承载量的影响
• 7.2.2 摩擦副间隙对承载量的影响
• 7.2.3 表面纹理形式对摩擦系数的影响
• 7.2.4 纹理深度对摩擦系数的影响
• 7.2.5 微坑面积比对摩擦系数的影响
• 7.3 数值分析结论
• 7.4 本章小结
• 第八章 表面形貌影响摩擦特性的机理及试验验证
• 8.1 表面形貌影响摩擦特性的机理分析
• 8.2 摩擦特性控制方法试验验证
• 8.2.1 表面形貌的加工
• 8.2.2 表面形貌
• 8.2.3 试验结果
• 8.3 结论
• 8.4 本章小结
• 第九章 结论与建议
• 9.1 主要结论
• 9.2 本文研究的新见解
• 9.3 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢