第１０期
２００９年１０月
文章编号：１００１—３９９７（２００９）１０－００１３—０２
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
１３
湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
马智慧１严忠胜ｚ常振罗：董鹏ｚ申昱ｔ
（１上海交通大学国家数字化制造技术中心，上海２０００３０）（：七一一研究所，上海２０００５１）
Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
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ＭＡＺｈｉ－ｈｕｉｌ，ＹＡＮＺｈｏｎｇ－ｓｈｅｎ９２，ＣＨＡＮＧＺｈｅｎ—ｌｕ０２，ＤＯＮＧＰｅｎｓ２，ＳＨＥＮＹｕｌ
（１ＮａｔｉｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）
（２ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５１，Ｃｈｉｎａ）
＃■∞ＭＢ“ｎＢⅢｎ睇“●ｗ＂■“∥ｔⅢ∥■∥口■ｍ＂０≈口■目＃ｔ∞＊ｔ＊＊ｔ“＊■ｍ∥■Ⅲ∥■ｍ∥０∞∥■‰∥ｔ∥＃■Ｈｗｔ“∥０∥∥０∥＂■“Ⅳｔ∥∥■∥口ｔ∞＂晰ｔ№∞ｔ“ｏ■“∥ｔ“∥０％∥■“”ｔ∞∥■Ⅲ∥Ｉ％∥０Ⅻ∥０ｍ＂■ｍ＂■∥＂■∥∥■＃目ｔ∥＂０∞∥■％口■％Ｍ■％¨懈
【摘要】提出应用多刚体动力学仿真技术和热力学数值桢书墩术集戍进行湿式摩擦离合器动态设计的方法，得到离合器摩擦片动态接合过程中温度分布和热应力分布，并为进一步深入研究打下基础。
关键词：动态设计；湿式多片离合器；集成【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｙｎａｍｉｃ
ｄｅｓｉｇｎ；Ｗｅｔｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｋ
中图分类号：ＴＨｌ２，Ｕ４６４文献标识码：Ａ
１前言
湿式摩擦离合器是机械设备传动机构的重要部件，该类离合器的传统设计方法是按照稳定运行状态计算许用传递扭矩，校核摩擦材料的比爪和挤压应力，确定离合器结构。在实际使用过程中，绝大部分离合器的损坏不是在稳态运转时，而是在动态接合过程中。在试验研究中我们发现传统设计方法的计算结果与试验结果有几倍的差距。经过深入的分析研究，提出了湿式摩擦离合器的动态设计方法，该方法寻求离合器接合过程中摩擦片之间由于摩擦产牛的非稳态温度场和动态热应力的计算方法，首先建立离合器的多体动力学模型，从而确定动态热负荷的计算公式中的
离合器进行滑摩过程的分析，计算出摩擦片在滑摩过程每一时刻的相对转速和摩擦片之间的压紧力。根据试验确定摩擦生热的转换系数，应用有限元技术就可以准确的计算摩擦片相对转速和压紧力不断变化情况下的滑摩功和摩擦热。因此，离合器动态设计的关键技术是确定应用多刚体动力学确定离合器滑摩过程中摩擦片之间的压紧力和相对转速的变化情况，通过试验确定摩擦热的生成效率，进行有限元摩擦生热的热弹性耦合分析。
３离合器接合过程理论分析
原动机的驱动力矩瓦在摩擦片之间的摩擦作用下转换为离合器的动转矩乃（￡），动转矩克服离合器的工作转矩ｒ，带动从动部分转动，如式（１）所示。
转速、比压等参数，在一定的惯骨、油槽形状及摩擦材料下研究摩
擦片的摩擦性能和热负荷性能，从而确定离合器动态接合过程中的温度场和热应力分布，为湿式离合器设计提供准确参数，真正设计出满足动力装置可靠高效的功率传输要求的产品。
［｝瓤ｔ）］ｄｔ＝Ｊ，ｄｍｌ（ｆ）
［以ｆ）一Ｔ］ｄｔ＝Ｊ：ｘｋａ２（ｔ）
式中：＾、五一主从动部分的转动惯量；
∞。、她一主从动部分的角速度；
死（ｆ）—包括摩擦片的摩擦转矩和冷却油的粘合力矩，由于后者很小，在此忽略不计。按式（２）计算。
（１）
２离合器多场耦合工况分析
在离合器接合过程中，具有相对旋转运动的内外摩擦片沿轴向移近压紧，直到全部摩擦片被压紧并同步旋转为止。主动摩擦片相对于从动摩擦片滑动，摩擦力做功产生热量使摩擦片温度升高，当温升过大，即热负荷过大时会导致摩擦片失效。对于这种多层有间隙结构的热应力场有限元分析模型，当间隙值为零，即摩擦衬片与对偶钢盘压紧而接触时，其间热流密度随衬片压力值的增加而增大，随其降低而减小；当间隙值大于零时，摩擦衬片与对偶钢盘分离，摩擦衬片压力值为零，此时摩擦副间热流密度值亦为零。要准确计算由于摩擦产生的热流密度，需要准确计算滑摩过程中摩擦片之｜＇日Ｊ的压紧力变化情况，并将摩擦片问压紧力随时间变化的函数关系引入有限元计算中，应用多刚体动力学对湿式
★来稿日期：２００８一１２—０４
啄ｔ）：：ｆ：０，（ｆ）２，．ｔｔＲ２ｄＲ：孚御．，（ｔ）（尺：３趣３。）
式中：ｚ—摩擦副数；ｐ—摩擦系数；ｐ，（￡）—摩擦片的表观压强；
（２）
令兄Ｆ掣卫，可得式（３）。
３（Ｒ；－Ｒｊ）
以ｔ）韵“妒ｐ（ｆ）兄黾刚护（￡）凡
兄—摩擦片的当量摩擦半径。
Ｒ，尺：—摩擦片工作表面的内外半径。
（３）
式中：Ａ，—摩擦片的表观面积；Ａ。—油缸的活塞面积；
将式（１）积分，可得主从摩擦片的转速，见式（４）和式（５）。
万方数据
１４
马智慧等：湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
第１０期
州ｔ）剐－一｝心Ｉ啄洲出私ｏ＋ＬＪ。』：［聃砌矿∽ｈ（４）纰（ｔ）越＋｝』。ｔ［以ｔ）一丁］ｄｔ≤＋万１』。ｔ［卅护（ｚ）ｇ，－ｒ］ｄｔ（５）
滑摩功率：
Ａ（￡）：巫进虹业丛进
（６）
Ｚ．４。
式中：４，一摩擦片表观面积，Ａ，却．８１Ｔ（砭坷：ｏ
ｒＩ
滑摩功：肚ｆＡ（ｔ）ｄｔ
（７）摩擦热：ｑ－．－ａＥ（８）
式中：旷—摩擦生热系数。
热传导微分方程：ｋＶ２Ｔ＋ｑ＝ｐｃ．ｄ＿ｌ＂．
胛
（９）
边界条件只考虑主从摩擦片的热传导和从动摩擦片表面沟槽内冷却油的对流边界条件：
ｑ＝ｋ（｝咒）ｑ＝ｈ（７≯凡）
（１０）
式中：知—对流导热系数；
＿｜｝—热传导系数。
在这里，滑摩功率的计算足非常关键的，其中摩擦片ｆ’日ｊ的摩擦转矩和摩擦片间的相对转速通过多体动力学计算得到，摩擦生热系数由实验确定。
４湿式摩擦离合器多场耦合计算结果
通过对湿式摩擦离合器模型滑摩过程的分析和理论分析可
以看出，湿式摩擦离合器动态设计的方法的关键是刚体动力学与有限元摩擦生热的热弹性耦合分析的集成，整个湿式多片离合器瞬态温度和热应力场有限元计算应由三部分组成：多刚体动力学计算摩擦副接合过程中压力变化和相对转速的变化；有限元技术计算摩擦副接合过程中的温度分布和热应力分布；多刚体动力学和有限元技术的集成。
考虑摩擦片表面沟槽的影响翻，有限元计算采用ｉ维计算。计算模型中摩擦片表面为铜基粉末冶金，对偶材料为４５钢，湿式离合器摩擦片间的摩擦系数为取为０．０７，４５钢的弹性模量Ｅ为
２．１ｅ５ＭＰａ，泊松比肛为０．３，密度为７．８ｅ一３咖ｌｍ３，热相关参数：导
热系数为５４Ｗ／（ｍ－Ｋ）、比热容为４６５Ｊ／（Ｋｇ・Ｋ），铜基粉末冶金材料密度为５．８ｅ一３９／ｒａｍ３，ｐ其他性能都取的与４５钢相间。
多刚体动力学计算结果，如图１、图２所示。图ｌ可见，离合
器输入转速为恒定时，输出转速的变化隋况，从中町以确定离合
器的接合时间大约为ＩＳ；从图２可确定离合器上摩擦片的接触压力的变化情况。
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时间（ｓ）
图ｌ动态接合过程输入输出转速变化曲线
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图２动态接合过程摩擦片接触压力曲线
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｝ｊ
０
—１
时问（ｓ）
图３摩擦片上最高温度的变化曲线
离合器瞬态温度和热应力场有限元计算结果，如图３和图４所示。图３中可以看出动态接合过程中摩擦片最高温度从２００Ｃ升高到１８０．３。Ｃ，接合过程结束时的温度为９０．９８。Ｃ；从图４可见摩擦片上最高温度的位置在摩擦片内圈径向沟槽的背面，对应位置处等效应力分布，如图５所示。其分布规律与温度分布相同，这说明摩擦片表面沟槽对摩擦片温度分布是有影响的。
图４温度最高时刻摩擦片上温度分邻
图５温度最高日寸刻摩擦片上等效应力分布
５结语
以上分析计算过程应用多场耦合技术初步确定了湿式摩擦
离合器动态接合过程中主从摩擦片的相对转速和摩擦片间的接触压力不断变化情况下摩擦片上的温度变化和分布以及热应力
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机械设计与制造
２００９年１０月
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
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文章编号：１００１—３９９７（２００９）ｌＯ一００１５—０２
基于神经网络溢流阀调压弹簧模糊概率的优化设计枣
谢文１林国湘ｔ叶进宝：耿兴春－
（１南华大学机械工程学院，衡阳４２１００１）（２湖南科技经贸职业学院，衡阳４２１００１）
Ｔｈｅｆｕｚｚｙｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄｉｎｇｃｌｉｑｕｅ’Ｓｂｏｏｓｔｅｄｓｐｒｉｎｇｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ
ＸＩＥＷｅｎｌ，ＬＩＮＧｕｏ－ｘｉａｎ９１，ＹＥＪｉｎ—ｂａ０２，ＧＥＮＧＸｉｎｇ－ｃｈｕｎｌ
（’ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎ９４２１００１，Ｃｈｉｎａ）（２Ｈｕ’ｎａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｃｏｎｏｍｙＴｒａｄｅＶｏｃａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＨｌ２，ＴＨｌ３２文献标识码：Ａ
１引言
‘ｒ＝１２．８ＰＤ０・８６一
（２）
溢流阀是液ＪＫ系统的重要元件，它的调压（圆柱螺旋压缩弹前２８６
簧）弹簧的特性直接火系剑整个溢流阀乃至液压系统的工作特ｓｒｌ＝Ｊ堡ｆｆ磐．卯）２＋ｆ＿０．一８６Ｐ．ｏ＇Ｄ）２
性，因此对调压弹簧进行优化设计十分必要，然而对调压弹簧的常规优化设计，由于未考虑各个设计参数的模糊性和随机性，致＋ｆ箜６唑．ｏ＇ｄ
啊【＼ｄ２．８６／＼以．８６』）－０．１４
／
２１／２
（３）
使设计方案难于符合客观实际，既要考虑没计参数的离散性和模＼
ｄ３．８６
／Ｊ
糊性，又要进行多参数优化没计，由此推出基于神经网络调压弹考虑到制造和加工中的误差通常取ｔｒｄ＝０．００５ｄ，ｏ＇Ｄ＝Ｏ．００５Ｄ，簧模糊町靠性优化设计方法，以期得到较满意结果。
因为弹簧从完全许用到完全不许用之间有一个中间过度过程，我２调压弹簧的模糊可靠性设计
们用下式所列的隶属函数来表达许用剪应力［Ｊｒ］
１
当髫≤矾２．１弹簧强度的模糊可靠性分析
当Ｏ，Ｉ＜ｘ－－＜ｏａ（４）
弹簧工作的强度条件：弹簧切应力下小于或等于其许用剪应ＨＡ（并）２１嚣
力于。即：
０
当ｘ＞ａ２
仁旦生ｐ护萄胪ｓ［ｒ］
（１）
按扩增系数法［２］，取得０１－［＇．］，ａ２＝１．０５［１－】
７丁ｒ
这样可将服从正态分布的弹簧切应力ｆ的概度函数
式中：Ｄ一弹簧中径；
ｄ一弹簧钢丝直径；“ｔｂ了杀【警】和式（３）代入到
Ｐ一弹簧作用力。
’对于弹簧切应力ｒ一般我们假设它服从ｊＩｉ态分布，根据矩法Ｐ（４）＝ｆＨａ（戈抓ｘ）ａｘ中，这样弹簧不发生强度失效的模糊
得剪应力的均羞值亍和核准差Ｓ，为：
可靠度为：
★来稿１３期：２００８—１２—１８★基金项目：湖南省自然科学基金资助项１５（０６ＪＪ５００８６），湖南省教育厅资助项目（０８１）０６７）
．．．●．．¨．．．．．．．．－●¨．．．．．・・．．．．．・．…・●・・．．．．．・・・・・・。・・・・－・●・・一．．．・・・・－・‘・－・・・・●・－・・・・‘¨・・．．．・・・・・・’・・．．．・‘・…・・‘・－…・‘・・…．．・・．．・・●・・．．・・●・・．．・・。・．．．・・。・・．・・・。・・，¨・。・・．．．．●・・・・・・。・・－．・・。・・．．・・●・－．・・・ｈ・．．・・‘・…－●・－一。・・．．．．‘・・．．－＾・・・・・●・・．．・
的分布。初步确定了计箅离合器摩擦性能和热负荷性能的多场耦参数化与多刚体动力学和有限元计算的参数化，实现湿式摩擦离合动态设计方法，能够准确的确定摩擦片的转速和比压，在一定合器的优化设计。
的惯量、摩擦片片数、润滑油品种、油槽形状及摩擦材料等各确定参考文献
条件下，ｉｔ３车．摩擦片上的温度和热应力分布。
ｌ俞昌铭．热传导及其数值分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９８１
在以后的研究中还需要进一步完善ＣＡＤ造型、多刚体动力２高晓敏，张协平，吴凡等．摩擦片表面沟槽对离合器动态特性影响的研究动
学计算和瞬态热力学有限元计算的集成系统，实现ＣＡＤ造型的
态性能研宄传动技术［Ｊ］，２００１（３）：ｌ阻１３
万
方数据
湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
作者：作者单位：
马智慧， 严忠胜， 常振罗， 董鹏， 申昱， MA Zhi-hui， YAN Zhong-sheng， CHANGZhen-luo， DONG Peng， SHEN Yu
马智慧,申昱,MA Zhi-hui,SHEN Yu(上海交通大学,国家数字化制造技术中心,上海,200030)， 严忠胜,常振罗,董鹏,YAN Zhong-sheng,CHANG Zhen-luo,DONG Peng(七一一研究所,上海,200051)
机械设计与制造
MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE2009(10)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(2条)
1.高晓敏;张协平;吴凡 摩擦片表面沟槽对离合器动态特性影响的研究动态性能研宄传动技术 20012.俞昌铭 热传导及其数值分析 1981
本文读者也读过(9条)
1. 贾云海.张文明.Jia Yunhai.Zhang Wenming 湿式摩擦离合器摩擦片热分析和油槽结构研究[期刊论文]-汽车技术2007(9)
2. 陈国金.殷小亮.龚友平.尹凌鹏.CHEN Guo-jin.YIN Xiao-liang.GONG You-ping.YIN Ling-peng 离合器摩擦片的热-应力耦合分析[期刊论文]-机电工程2008,25(12)
3. 孟永钢.王东华.Meng Yonggang.Wang Donghua 通过激光纹理加工改善湿式摩擦离合器的摩擦特性[期刊论文]-中国机械工程2008,19(8)
4. 洪跃.刘宝运.金士良.尹哲浩.Hong Yue.Liu Baoyun.Jin Shiliang.Yin Zhehao 表面带沟槽湿式离合器摩擦副啮合过程分析[期刊论文]-润滑与密封2007,32(12)
5. 魏丕勇.李长有.陆子平.范向阳.闫清东.WEI Pi-yong.LI Chang-you.LU Zi-ping.FAN Xiang-yang.YAN Qing-dong 摩擦片瞬态温度场与应力场有限元分析[期刊论文]-拖拉机与农用运输车2008,35(4)
6. 陈遥飞.杨亚联.秦大同.CHEN Yao-fei.YANG Ya-lian.QIN Da-tong 湿式多片离合器整体热传导过程分析[期刊论文]-重庆工学院学报(自然科学版)2009,23(5)
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8. 林腾蛟.李润方.杨成云.杭华江 湿式摩擦离合器瞬态热传导过程数值仿真[期刊论文]-机械科学与技术2003,22(1)
9. 何泽银.吕和生.林腾蛟.潘丽.He Ze-yin.Lv He-sheng.Lin Teng-jiao.Pan Li 湿式多片摩擦离合器接排过程热结构耦合分析[期刊论文]-机械研究与应用2010(5)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxsjyzz200910005.aspx
第１０期
２００９年１０月
文章编号：１００１—３９９７（２００９）１０－００１３—０２
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
１３
湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
马智慧１严忠胜ｚ常振罗：董鹏ｚ申昱ｔ
（１上海交通大学国家数字化制造技术中心，上海２０００３０）（：七一一研究所，上海２０００５１）
Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈ
ｏｎ
ｔｈｅｗｅｔｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｃｇｒｉｃｔｉｏｎｂｒａｋｅｆｙｎａｍｉｃｆｅｓｉｇｎ
ＭＡＺｈｉ－ｈｕｉｌ，ＹＡＮＺｈｏｎｇ－ｓｈｅｎ９２，ＣＨＡＮＧＺｈｅｎ—ｌｕ０２，ＤＯＮＧＰｅｎｓ２，ＳＨＥＮＹｕｌ
（１ＮａｔｉｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）
（２ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＤｉｅｓｅｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００５１，Ｃｈｉｎａ）
＃■∞ＭＢ“ｎＢⅢｎ睇“●ｗ＂■“∥ｔⅢ∥■∥口■ｍ＂０≈口■目＃ｔ∞＊ｔ＊＊ｔ“＊■ｍ∥■Ⅲ∥■ｍ∥０∞∥■‰∥ｔ∥＃■Ｈｗｔ“∥０∥∥０∥＂■“Ⅳｔ∥∥■∥口ｔ∞＂晰ｔ№∞ｔ“ｏ■“∥ｔ“∥０％∥■“”ｔ∞∥■Ⅲ∥Ｉ％∥０Ⅻ∥０ｍ＂■ｍ＂■∥＂■∥∥■＃目ｔ∥＂０∞∥■％口■％Ｍ■％¨懈
【摘要】提出应用多刚体动力学仿真技术和热力学数值桢书墩术集戍进行湿式摩擦离合器动态设计的方法，得到离合器摩擦片动态接合过程中温度分布和热应力分布，并为进一步深入研究打下基础。
关键词：动态设计；湿式多片离合器；集成【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｅ
ｄｙｎａｍｉｃ
ｄｅｓｉｇｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
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ｂｒａｋｅｕｓｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｏｆ
ｍｕｈｉｂｏｄｙｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ａｎｄｔｈｅｒｍａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ
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ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅ
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ｅｎｇａｇｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ
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ｂｅｃｏｎｔｉｎｕｅ．
ｆｒｉｃｔｉｏｎｂｒａｋｅ；Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｙｎａｍｉｃ
ｄｅｓｉｇｎ；Ｗｅｔｍｕｌｔｉ－ｄｉｓｋ
中图分类号：ＴＨｌ２，Ｕ４６４文献标识码：Ａ
１前言
湿式摩擦离合器是机械设备传动机构的重要部件，该类离合器的传统设计方法是按照稳定运行状态计算许用传递扭矩，校核摩擦材料的比爪和挤压应力，确定离合器结构。在实际使用过程中，绝大部分离合器的损坏不是在稳态运转时，而是在动态接合过程中。在试验研究中我们发现传统设计方法的计算结果与试验结果有几倍的差距。经过深入的分析研究，提出了湿式摩擦离合器的动态设计方法，该方法寻求离合器接合过程中摩擦片之间由于摩擦产牛的非稳态温度场和动态热应力的计算方法，首先建立离合器的多体动力学模型，从而确定动态热负荷的计算公式中的
离合器进行滑摩过程的分析，计算出摩擦片在滑摩过程每一时刻的相对转速和摩擦片之间的压紧力。根据试验确定摩擦生热的转换系数，应用有限元技术就可以准确的计算摩擦片相对转速和压紧力不断变化情况下的滑摩功和摩擦热。因此，离合器动态设计的关键技术是确定应用多刚体动力学确定离合器滑摩过程中摩擦片之间的压紧力和相对转速的变化情况，通过试验确定摩擦热的生成效率，进行有限元摩擦生热的热弹性耦合分析。
３离合器接合过程理论分析
原动机的驱动力矩瓦在摩擦片之间的摩擦作用下转换为离合器的动转矩乃（￡），动转矩克服离合器的工作转矩ｒ，带动从动部分转动，如式（１）所示。
转速、比压等参数，在一定的惯骨、油槽形状及摩擦材料下研究摩
擦片的摩擦性能和热负荷性能，从而确定离合器动态接合过程中的温度场和热应力分布，为湿式离合器设计提供准确参数，真正设计出满足动力装置可靠高效的功率传输要求的产品。
［｝瓤ｔ）］ｄｔ＝Ｊ，ｄｍｌ（ｆ）
［以ｆ）一Ｔ］ｄｔ＝Ｊ：ｘｋａ２（ｔ）
式中：＾、五一主从动部分的转动惯量；
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死（ｆ）—包括摩擦片的摩擦转矩和冷却油的粘合力矩，由于后者很小，在此忽略不计。按式（２）计算。
（１）
２离合器多场耦合工况分析
在离合器接合过程中，具有相对旋转运动的内外摩擦片沿轴向移近压紧，直到全部摩擦片被压紧并同步旋转为止。主动摩擦片相对于从动摩擦片滑动，摩擦力做功产生热量使摩擦片温度升高，当温升过大，即热负荷过大时会导致摩擦片失效。对于这种多层有间隙结构的热应力场有限元分析模型，当间隙值为零，即摩擦衬片与对偶钢盘压紧而接触时，其间热流密度随衬片压力值的增加而增大，随其降低而减小；当间隙值大于零时，摩擦衬片与对偶钢盘分离，摩擦衬片压力值为零，此时摩擦副间热流密度值亦为零。要准确计算由于摩擦产生的热流密度，需要准确计算滑摩过程中摩擦片之｜＇日Ｊ的压紧力变化情况，并将摩擦片问压紧力随时间变化的函数关系引入有限元计算中，应用多刚体动力学对湿式
★来稿日期：２００８一１２—０４
啄ｔ）：：ｆ：０，（ｆ）２，．ｔｔＲ２ｄＲ：孚御．，（ｔ）（尺：３趣３。）
式中：ｚ—摩擦副数；ｐ—摩擦系数；ｐ，（￡）—摩擦片的表观压强；
（２）
令兄Ｆ掣卫，可得式（３）。
３（Ｒ；－Ｒｊ）
以ｔ）韵“妒ｐ（ｆ）兄黾刚护（￡）凡
兄—摩擦片的当量摩擦半径。
Ｒ，尺：—摩擦片工作表面的内外半径。
（３）
式中：Ａ，—摩擦片的表观面积；Ａ。—油缸的活塞面积；
将式（１）积分，可得主从摩擦片的转速，见式（４）和式（５）。
万方数据
１４
马智慧等：湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
第１０期
州ｔ）剐－一｝心Ｉ啄洲出私ｏ＋ＬＪ。』：［聃砌矿∽ｈ（４）纰（ｔ）越＋｝』。ｔ［以ｔ）一丁］ｄｔ≤＋万１』。ｔ［卅护（ｚ）ｇ，－ｒ］ｄｔ（５）
滑摩功率：
Ａ（￡）：巫进虹业丛进
（６）
Ｚ．４。
式中：４，一摩擦片表观面积，Ａ，却．８１Ｔ（砭坷：ｏ
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滑摩功：肚ｆＡ（ｔ）ｄｔ
（７）摩擦热：ｑ－．－ａＥ（８）
式中：旷—摩擦生热系数。
热传导微分方程：ｋＶ２Ｔ＋ｑ＝ｐｃ．ｄ＿ｌ＂．
胛
（９）
边界条件只考虑主从摩擦片的热传导和从动摩擦片表面沟槽内冷却油的对流边界条件：
ｑ＝ｋ（｝咒）ｑ＝ｈ（７≯凡）
（１０）
式中：知—对流导热系数；
＿｜｝—热传导系数。
在这里，滑摩功率的计算足非常关键的，其中摩擦片ｆ’日ｊ的摩擦转矩和摩擦片间的相对转速通过多体动力学计算得到，摩擦生热系数由实验确定。
４湿式摩擦离合器多场耦合计算结果
通过对湿式摩擦离合器模型滑摩过程的分析和理论分析可
以看出，湿式摩擦离合器动态设计的方法的关键是刚体动力学与有限元摩擦生热的热弹性耦合分析的集成，整个湿式多片离合器瞬态温度和热应力场有限元计算应由三部分组成：多刚体动力学计算摩擦副接合过程中压力变化和相对转速的变化；有限元技术计算摩擦副接合过程中的温度分布和热应力分布；多刚体动力学和有限元技术的集成。
考虑摩擦片表面沟槽的影响翻，有限元计算采用ｉ维计算。计算模型中摩擦片表面为铜基粉末冶金，对偶材料为４５钢，湿式离合器摩擦片间的摩擦系数为取为０．０７，４５钢的弹性模量Ｅ为
２．１ｅ５ＭＰａ，泊松比肛为０．３，密度为７．８ｅ一３咖ｌｍ３，热相关参数：导
热系数为５４Ｗ／（ｍ－Ｋ）、比热容为４６５Ｊ／（Ｋｇ・Ｋ），铜基粉末冶金材料密度为５．８ｅ一３９／ｒａｍ３，ｐ其他性能都取的与４５钢相间。
多刚体动力学计算结果，如图１、图２所示。图ｌ可见，离合
器输入转速为恒定时，输出转速的变化隋况，从中町以确定离合
器的接合时间大约为ＩＳ；从图２可确定离合器上摩擦片的接触压力的变化情况。
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时间（ｓ）
图ｌ动态接合过程输入输出转速变化曲线
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图２动态接合过程摩擦片接触压力曲线
１．８３
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时问（ｓ）
图３摩擦片上最高温度的变化曲线
离合器瞬态温度和热应力场有限元计算结果，如图３和图４所示。图３中可以看出动态接合过程中摩擦片最高温度从２００Ｃ升高到１８０．３。Ｃ，接合过程结束时的温度为９０．９８。Ｃ；从图４可见摩擦片上最高温度的位置在摩擦片内圈径向沟槽的背面，对应位置处等效应力分布，如图５所示。其分布规律与温度分布相同，这说明摩擦片表面沟槽对摩擦片温度分布是有影响的。
图４温度最高时刻摩擦片上温度分邻
图５温度最高日寸刻摩擦片上等效应力分布
５结语
以上分析计算过程应用多场耦合技术初步确定了湿式摩擦
离合器动态接合过程中主从摩擦片的相对转速和摩擦片间的接触压力不断变化情况下摩擦片上的温度变化和分布以及热应力
第１０期
机械设计与制造
２００９年１０月
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
１５
文章编号：１００１—３９９７（２００９）ｌＯ一００１５—０２
基于神经网络溢流阀调压弹簧模糊概率的优化设计枣
谢文１林国湘ｔ叶进宝：耿兴春－
（１南华大学机械工程学院，衡阳４２１００１）（２湖南科技经贸职业学院，衡阳４２１００１）
Ｔｈｅｆｕｚｚｙｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｐｔｉｍｕｍｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｆｌｏｏｄｉｎｇｃｌｉｑｕｅ’Ｓｂｏｏｓｔｅｄｓｐｒｉｎｇｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ
ＸＩＥＷｅｎｌ，ＬＩＮＧｕｏ－ｘｉａｎ９１，ＹＥＪｉｎ—ｂａ０２，ＧＥＮＧＸｉｎｇ－ｃｈｕｎｌ
（’ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ，Ｈｅｎｇｙａｎ９４２１００１，Ｃｈｉｎａ）（２Ｈｕ’ｎａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＥｃｏｎｏｍｙＴｒａｄｅＶｏｃａｔｉｏｎＣｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ４２１００１，Ｃｈｉｎａ）
中图分类号：ＴＨｌ２，ＴＨｌ３２文献标识码：Ａ
１引言
‘ｒ＝１２．８ＰＤ０・８６一
（２）
溢流阀是液ＪＫ系统的重要元件，它的调压（圆柱螺旋压缩弹前２８６
簧）弹簧的特性直接火系剑整个溢流阀乃至液压系统的工作特ｓｒｌ＝Ｊ堡ｆｆ磐．卯）２＋ｆ＿０．一８６Ｐ．ｏ＇Ｄ）２
性，因此对调压弹簧进行优化设计十分必要，然而对调压弹簧的常规优化设计，由于未考虑各个设计参数的模糊性和随机性，致＋ｆ箜６唑．ｏ＇ｄ
啊【＼ｄ２．８６／＼以．８６』）－０．１４
／
２１／２
（３）
使设计方案难于符合客观实际，既要考虑没计参数的离散性和模＼
ｄ３．８６
／Ｊ
糊性，又要进行多参数优化没计，由此推出基于神经网络调压弹考虑到制造和加工中的误差通常取ｔｒｄ＝０．００５ｄ，ｏ＇Ｄ＝Ｏ．００５Ｄ，簧模糊町靠性优化设计方法，以期得到较满意结果。
因为弹簧从完全许用到完全不许用之间有一个中间过度过程，我２调压弹簧的模糊可靠性设计
们用下式所列的隶属函数来表达许用剪应力［Ｊｒ］
１
当髫≤矾２．１弹簧强度的模糊可靠性分析
当Ｏ，Ｉ＜ｘ－－＜ｏａ（４）
弹簧工作的强度条件：弹簧切应力下小于或等于其许用剪应ＨＡ（并）２１嚣
力于。即：
０
当ｘ＞ａ２
仁旦生ｐ护萄胪ｓ［ｒ］
（１）
按扩增系数法［２］，取得０１－［＇．］，ａ２＝１．０５［１－】
７丁ｒ
这样可将服从正态分布的弹簧切应力ｆ的概度函数
式中：Ｄ一弹簧中径；
ｄ一弹簧钢丝直径；“ｔｂ了杀【警】和式（３）代入到
Ｐ一弹簧作用力。
’对于弹簧切应力ｒ一般我们假设它服从ｊＩｉ态分布，根据矩法Ｐ（４）＝ｆＨａ（戈抓ｘ）ａｘ中，这样弹簧不发生强度失效的模糊
得剪应力的均羞值亍和核准差Ｓ，为：
可靠度为：
★来稿１３期：２００８—１２—１８★基金项目：湖南省自然科学基金资助项１５（０６ＪＪ５００８６），湖南省教育厅资助项目（０８１）０６７）
．．．●．．¨．．．．．．．．－●¨．．．．．・・．．．．．・．…・●・・．．．．．・・・・・・。・・・・－・●・・一．．．・・・・－・‘・－・・・・●・－・・・・‘¨・・．．．・・・・・・’・・．．．・‘・…・・‘・－…・‘・・…．．・・．．・・●・・．．・・●・・．．・・。・．．．・・。・・．・・・。・・，¨・。・・．．．．●・・・・・・。・・－．・・。・・．．・・●・－．・・・ｈ・．．・・‘・…－●・－一。・・．．．．‘・・．．－＾・・・・・●・・．．・
的分布。初步确定了计箅离合器摩擦性能和热负荷性能的多场耦参数化与多刚体动力学和有限元计算的参数化，实现湿式摩擦离合动态设计方法，能够准确的确定摩擦片的转速和比压，在一定合器的优化设计。
的惯量、摩擦片片数、润滑油品种、油槽形状及摩擦材料等各确定参考文献
条件下，ｉｔ３车．摩擦片上的温度和热应力分布。
ｌ俞昌铭．热传导及其数值分析［Ｍ］．北京：清华大学出版社，１９８１
在以后的研究中还需要进一步完善ＣＡＤ造型、多刚体动力２高晓敏，张协平，吴凡等．摩擦片表面沟槽对离合器动态特性影响的研究动
学计算和瞬态热力学有限元计算的集成系统，实现ＣＡＤ造型的
态性能研宄传动技术［Ｊ］，２００１（３）：ｌ阻１３
万
方数据
湿式摩擦离合器多场耦合动态设计方法
作者：作者单位：
马智慧， 严忠胜， 常振罗， 董鹏， 申昱， MA Zhi-hui， YAN Zhong-sheng， CHANGZhen-luo， DONG Peng， SHEN Yu
马智慧,申昱,MA Zhi-hui,SHEN Yu(上海交通大学,国家数字化制造技术中心,上海,200030)， 严忠胜,常振罗,董鹏,YAN Zhong-sheng,CHANG Zhen-luo,DONG Peng(七一一研究所,上海,200051)
机械设计与制造
MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE2009(10)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(2条)
1.高晓敏;张协平;吴凡 摩擦片表面沟槽对离合器动态特性影响的研究动态性能研宄传动技术 20012.俞昌铭 热传导及其数值分析 1981
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