湿式摩擦离合器挤压过程及接合特性分析

黄伟; 鲍和云; 朱楚; 朱如鹏

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210353

湿式摩擦离合器挤压过程及接合特性分析

doi: 10.13224/j.cnki.jasp.20210353

黄伟¹,
鲍和云^1,, ,,
朱楚²,
朱如鹏¹

1.
南京航空航天大学机电学院直升机传动技术重点实验室，南京 210016
2.
中国航发湖南动力机械研究所直升机传动技术重点实验室，湖南株洲 412002

基金项目:

国家自然科学基金 51975274

国家科技重大专项（J2019⁃Ⅲ⁃0023⁃0067）

详细信息

作者简介:
黄伟（1995-），男，硕士生，主要从事湿式摩擦离合器相关研究。

通讯作者:
鲍和云（1976-），女，副教授、硕士生导师，博士，主要从事直升机传动系统动力学研究。E⁃mail：baoheyun@nuaa.edu.cn

中图分类号: V229
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出版历程
- 收稿日期: 2021-07-07

Analysis of squeeze process and engagement characteristics of wet friction clutch

HUANG Wei¹,
BAO Heyun^{1,
, ,},
ZHU Chu²,
ZHU Rupeng¹

1.
National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission，College of Mechanical and Electrical Engineering，Nanjing University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China
2.
National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission，Hunan Aviation Powerplant Research Institute，Aero Engine Corporation of China，Zhuzhou Hunan 412002，China

摘要

摘要:
针对湿式摩擦离合器接合过程中的挤压机理及微凸体接触问题，综合考虑摩擦片表面油槽结构，材料渗透性等因素，根据修正雷诺方程和K⁃E（Kogut⁃Etsion）接触模型，对湿式摩擦离合器的挤压过程中的动压承载力、微凸体承载力以及转矩转速变化等建模分析，并采用有限差分法对修正雷诺方程求解，对挤压过程中的油膜压缩速度、油膜厚度变化率和片间承载力等挤压特性和转速、转矩等接合特性展开了仿真分析。并采用SAE#2试验机进行了相关试验获得了转速、转矩、压力、摩擦因数等数据，与仿真分析进行了对比。结果表明：湿式摩擦离合器接合过程可分为3个阶段，通常会在1 s内完成，在0.02 s左右开始从挤压阶段经压紧阶段在0.03 s左右过渡到全微凸体接触阶段，试验与理论分析结果一致。
- 湿式离合器 /
- 雷诺方程 /
- 挤压过程 /
- 油膜压缩速度 /
- 转速转矩
Abstract:
In view of the extrusion mechanism and micro⁃convex contact problem during the engagement process of the wet friction clutch，the oil groove structure on the surface of the friction plate，the material permeability and other factors were comprehensively considered；according to the modified Reynolds equation and the K⁃E （Kogut⁃Etsion） contact model，the wet friction clutch was squeezed in the process，the dynamic pressure bearing capacity，the bearing capacity of the micro convex body and the torque and speed change of the model were analyzed，and the modified Reynolds equation was solved by the finite difference method.For the extrusion characteristics such as the oil film compression speed，the oil film thickness change rate and the load bearing，and the engagement characteristics such as speed and torque，simulation analysis was carried out.And SAE#2 testing machine was used to carry out relevant tests to obtain data such as speed，torque，pressure，friction factor，etc.，and compare them with the simulation analysis.Studies showed that the wet friction clutch engagement process can be divided into three stages，which were usually completed within 1 s，starting at about 0.02 s and transitioning from the extrusion stage to the full micro⁃convex contact stage at about 0.03 s after the compaction stage.The test results were consistent with the theoretical analysis results.
- wet clutch /
- Reynolds equation /
- squeeze process /
- oil film squeeze speed /
- rotation speed torque
注释:

1) 王碧珺

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图 1 湿式摩擦离合器挤压模型

Figure 1. Squeeze model of wet friction clutch

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图 2 K⁃E微凸体接触模型

Figure 2. K⁃E asperity contact model

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图 3 求解域网格

Figure 3. Solving domain grid

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图 4 求解域油槽分布

Figure 4. Distribution of grooves in the solution domain

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图 5 双圆弧槽几何结构

Figure 5. Geometric structure of double arc groove

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图 6 模型求解流程

Figure 6. Model solution process

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图 7 试验压力与拟合曲线

Figure 7. Test pressure and fitting curve

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图 8 油膜压缩速度及油膜厚度变化曲线

Figure 8. Curve of oil film compression speed and oil film thickness

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图 9 无量纲承载力及活塞压力曲线

Figure 9. Dimensionless bearing capacity and piston pressure curve

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图 10 转速变化曲线

Figure 10. Rotation speed variation curve

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图 11 转矩变化曲线

Figure 11. Torque variation curve

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图 12 SAE#2试验台及摩擦片安装过程

Figure 12. SAE#2 test bench and friction plate installation process

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图 13 摩擦片和钢片试验件

Figure 13. Test pieces of friction plate and steel plate

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图 14 试验摩擦因数

Figure 14. Test friction factor

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图 15 试验转矩变化曲线

Figure 15. Test torque variation curve

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图 16 试验转速变化曲线

Figure 16. Test rotation speed variation curve

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表 1 摩擦副结构参数与试验条件

Table 1. Friction pair structure parameters and test conditions

类别	参数	数值
试验参数	制动转速 $n_{1}$ /（r/min）	6 000
	系统转动惯量J/ $(k g \cdot m^{2})$	0.343 9
	初始油膜厚度h_i/m	0.000 1
	最大加载压力p_max/MPa	1.0
润滑油参数	黏度 $η$ / $(P a \cdot s)$	0.012
润滑油参数	密度 $ρ$ /（kg/m³）	870
几何特征	摩擦副内径r_o/mm	73
	摩擦副外径r_i/mm	59
	油槽深度h_g/mm	0.3
	油槽宽度w_g/mm	1
	油槽基圆半径R_b/mm	50
	油槽轨迹半径R_g/mm	30
	油槽阵列数量N_g	55
材料特性	联合表面粗糙度方均根 $σ$ /10^-6 m	8.4
	微凸体分布密度 $λ$ /10⁷ m^-2	7
	微凸体半径R/10^-4 m	8
	衬片材料渗透性 $ϕ$ /10^-13 m²	8
	摩擦片泊松比 $ν_{1}$	0.3
	钢片泊松比 $ν_{2}$	0.4
	摩擦片弹性模量E₁/GPa	10.59
	钢片弹性模量E₂/GPa	206
	较软材料硬度H_a/GPa	2.8

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