湿式换挡离合器离合器试验毕业设计论文.docx
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湿式换挡离合器离合器试验毕业设计论文
湿式换挡离合器离合器试验
摘要
湿式换挡离合器在自动变速和无机变速的汽车中的应用是越来越广泛。
湿式换挡离合器是汽车能够换挡平顺和稳定的重要保障,给自动变速器平顺换挡提供有利的条件。
随着我国国民经济的发展和科学技术的进步了,汽车行业向着自动化和系统化的方向前进着,在汽车的传动系统方面,湿式离合器作为自动变速器的一个关键部件,对其进行了深入的研究。
在车辆的各个部件中,离合器起着十分重要的作用。
阐述了湿式离合器的发展和前景、功用和原理、分类和特点等等。
自主设计了应用于某综合传动装置的湿式换挡离合器,包括离合器摩擦片、液压缸、回位弹簧和轴等方面的设计。
深入分析了离合器台架实验方法,并设计了一套离合器试验台,采用电机作为驱动系统,并完善设计了试验台辅助系统。
关键词:
离合器湿式离合器离合器试验台
Abstract
Wetclutchinautomatictransmissionshiftspeedofthecarandinorganicapplicationsaremoreandmorewidely.Wetshiftclutchissmoothandstablevehicleabletoshiftimportantguaranteeforsmoothshiftingautomatictransmissiontoprovidefavorableconditions.Withthedevelopmentofnationaleconomyandscientificandtechnologicalprogress,andtheautomotiveindustrytowardautomationandsystematicdirectionwiththecar'stransmissionsystem,thewetclutchautomatictransmissionasakeycomponentofitsin-depthstudy.
Theclutchisveryimportantpartofvehicles.Thearticlemainlyfocusesonthefunctionandthedevelopmentofclutch.Themajortaskofthisdissertationisdesigningawetclutchwhichisusedtothetransmissionsystems.Thenthearticleintroducedthewayofdesigningthewetclutchandthepurposeonbuildingtheclutchtest-bed.Finally,thearticlemakestheanalysisandthesubjectiveaccessforthewetclutch.Anditmakestheconclusionsthatitcankeepwiththerequirement.
Keywords:
clutchwetclutchtheclutchtest-bed
第一章湿式离合器在国内外的发展---概述
1.1引言
阐述了论文研究的背景和研究的意义,分析了湿式离合器在现实社会的意义,湿式离合器的国内外发展情况,湿式离合器的特点、湿式离合器的材质、湿式离合器的摩擦系数以及湿式离合器的发展趋势等内容。
1.2湿式离合器简介
1.2.1湿式离合器的特点
所谓湿式离合器[1],是指离合器摩擦片在滑摩过程中摩擦接触表面表现为液体和半液体(界面)的摩擦。
它和干式摩擦相比已经发生了质的改变,即在滑摩时,摩擦表面不发生直接接触,两摩擦表面之间被一薄薄的油膜(厚度约为0.1mm)隔开,正是这一薄薄的油膜保证了一对摩擦副在很大的压力下有小的磨损和稳定的摩擦系数。
离合器片间油膜厚度的与摩擦系数有关,油膜的破裂会使磨损急剧增加。
因此,湿式离合器的良好性能取决于在一定的外部条件能使摩擦副形成界面摩擦。
正因为如此,湿式离合器的结构要比干式离合器的结构复杂得多。
应该指出,采用湿式离合器之所以可能,是因为在技术上制造出一种对离合器片间油膜形成很稳定的摩擦材料的工艺已很成熟。
对矿物油有很高稳定性的材料是烧结材料,它的多孔结构促进和维持住了离合器片间油膜,保证了摩擦副的界面摩擦。
还必须指出,湿式离合器优点的发挥,是一定要在某温度范围内才能实现的。
超过了这一温度范围将起负面效应,因此湿式离合器的热状况是确保它能工作可靠、耐用的最为重要的因素之一。
而离合器工作热状况的稳定性根本上决定于摩擦副的供油系统能否确保对摩擦副表面的冷却和润滑。
湿式多片离合器由于其独特的结构及工作环境,具有以下特点:
(1)表面积大,故所传递的扭矩也大。
在不增加径向尺寸的前提下,可用增加摩擦片数来提高传递的转矩,还可以改变施加压力的大小,即按照要求容量调解工作转矩,便于实现系列化和通用化。
多个摩擦副同时工作,摩擦转矩大,能可靠地传递发动机的最大转矩。
(2)在液力自动变速箱中布置方便。
(3)接合时较平顺、柔和,使车辆行驶时抖动和冲击减小。
(4)磨损均匀且不需专门调整片隙。
(5)摩擦衬片及对偶钢片较薄,其损坏形式多为瞬时温升过高或温度分布不均导致的烧损或翘曲。
(6)摩擦片表面单位面积压力分布均匀。
(7)对传动轴没有径向负荷,摩擦元件受力情况与旋转方向无关。
(8)分离时摩擦片间的相对滑摩损失大是其缺点。
1.2.2湿式离合器的材质
车辆液力传动应用的离合器摩擦副(又称摩擦对偶)按材质可分为两大类[2],第一类是金属型的,它与钢片对偶的摩擦衬面材料具有金属性质,如钢对钢、钢对青铜(或黄铜)、钢对粉沫冶金等。
第二类是非金属型的,它的摩擦衬面材料具有非金属性质,如石棉、纸、石墨、树脂、塑料合成物等,其对偶可用钢和铸铁。
在金属型摩擦材料中,铜基粉沫冶金材料在自动变速器中获得广泛应用,它的主要优点有:
摩擦系数较高、摩擦系数随温度变化小、允许表面温度高、机械强度高、导热性好等。
非金属性摩擦材料具有高摩擦系数、价廉、保证离合器接合平稳和无噪声等优点,但这种材料的缺点是导热性差。
近年来纸质摩擦材料在轿车自动变速器中得到推广,用来代替铜基粉沫冶金衬面,降低了成本与重量,改善了舒适性。
在重型汽车上,美国阿里森公司的液力传动装置应用石墨—树脂摩擦衬面代替了大部分粉沫冶金摩擦衬面。
应用价廉、性能良好的非金属性摩擦材料是当前的发展趋势[3]。
纸质摩擦材料的特点是摩擦系数较大,而且它的静摩擦系数和动摩擦系数之比不大,动摩擦系数几乎和摩滑速度无关。
此外纸质摩擦衬面具有弹性、疏松性(空隙率40至50%)和良好的润滑保持性能。
但纸质摩擦材料磨损量大,耐热性较差,易烧坏。
所以使用时必须保证良好的冷却润滑和较短的滑摩时间。
1.3湿式离合器在国内外的发展状况
湿式离合器的研究概况近十几年来,自动变速器的研究一直是热点问题。
因此,离合器的研究也多是服务于自动变速器的研发工作,以对其实现精确控制,提高起步平稳性和换挡品质为主要目的。
国内离合器的研究,针对干式离合器的较多,如吉林大学汽车工程学院对于干式离合器最佳接合规律做了理论上的研究[4],清华大学和北京理工大学等院校也在这方面进行了研究并取得成果[5]。
比较起来,国内对于湿式离合器的研究相对要少一些。
湿式离合器接合过程控制的研究,涉及建立湿式离合器接合过程的数学模型,以此根据控制参数计算不同工况下离合器压盘压力,也即是离合器控制油压的过程。
一般先确定湿式离合器接合过程的数学模型,根据该过程的动力学方程,通过控制变量计算得到各工况控制压力,计算过程中常用方法有最优方法、模糊方法等。
由于控制变量较多,工况较多,所以通常要建立湿式离合器接合过程的仿真模型,通过仿真结果来修改控制算法,必要时还要对数学模型进行修改,待数学模型和控制算法较为成熟之后,再进行试验验证,最终在计算和试验的基础上确定控制策略。
浙江大学罗永革以发动机油门开度、变速器速比、发动机转速、油门踏板变化率和坡度与载荷等变量作为控制参数,通过建立的数学模型算出湿式离合器在倒车、空档、起步加速、缓慢加速、急加速、普通减速、急减速等不同工况下的控制油压,作为离合器的控制策略。
日本的佐藤用模糊方法,通过两层模糊推理确定起步时的湿式离合器控制压力,第一层是根据驾驶员踩下的加速踏板的位移及其变化率来确定初始起步压力,第二层是根据加速踏板的位移和发动机的转速确定压力变化率[6][7]。
离合器接合过程的时间较短,一般在1秒左右,在接合过程中转矩变化很大,离合器的实际压力与控制计算得到的目标控制压力要尽量保持一致,以保证工作品质,这就需要设计湿式离合器控制器,来实现控制目标。
湿式离合器控制器最常用到的控制方法是PID控制,该控制包括比例、积分和微分3个环节。
比例环节用来减少偏差,积分环节消除静差,提高系统的无差度,微分环节用来加快系统的动作速度,减小调节时间。
吉林大学张柏英[8]设计了湿式离合器PID控制器,并将其用于CVT的湿式离合器控制。
吉林大学[9]喻坤对该控制器进行了改进,设计了湿式离合器模糊自适应控制系统,实现了PID控制参数自整定,较好的克服了常规PID控制过于依赖PID参数的缺点,进一步提高了控制精度。
湿式离合器接合过程涉及不同工况对湿式离合器输出转矩的影响,严格来说也属于离合器接合过程控制计算的一部分内容。
有许多人尝试用做试验的方法来表征湿式离合器的接合过程。
他们在试验中采用了不同的摩擦材料,润滑剂和添加剂分析了这些因素对离合器接合过程建模,并使用了有限差分法和有限元法的计算方案来解方程(如Wu,1970;Ting,1975;Fish,1991;Jullien,1991)[10][11][12][13][14]。
这些模型中,最完整的包括了表面粗糙度、摩擦材料渗透性和摩擦材料沟槽等因素的影响。
1997年美国普度大学的E.J.Berger等人对Reynolds方程和力学平衡方程进行了修改[15][16],在保留原影响因素的基础上简化了方程,建立了关于离合器片间油膜厚度的简单的一阶微分方程,发展了辨识可以描述离合器接合过程输入参数的算法,使用GoldenSection的程序利用计算简单模型的速度,定义了接合等值面。
他们所建的模型除了提供计算方面的优点,还深入的探讨了在离合器接合过程中各种输入参数的影响程度。
但是由于参数缺乏和方程非解耦,所以国内很少采用这种研究方法。
国内方面,河北工业大学赵义民对湿式离合器进行数值模拟,用微分方程导出了离合器片间油膜厚度、传递的转矩、相对转速、发热率等随时间变化的关系式,并用数值方法求解,还用制动法对离合器的接合过程进行分析模拟[17]。
但是实际的摩擦材料的深透系数不为零,都为多孔材料,这一点会对接合特性产生较大的影响。
北京工业大学项昌乐将多片离合器简化为弹性质量系统,并在此基础上研究了机械传动车辆动力-传动系统非稳定工况动态特性通用模型,编制了通用计算程序[18]。
但是,由于湿式离合器接合过程中粘性转矩的影响,这种弹性质量系统也不能反映湿式离合器的动态接合过程。
研究湿式离合器动态接合机理,建立湿式离合器动态非线性模型将为湿式离合器的控制计算提供理论依据,也将影响采用湿式离合器的自动变速器控制策略。
1.3.1湿式离合器的发展趋势
湿式离合器的发展趋势如下[19]:
(1)更高、更稳定的扭矩容量,能可靠地传递力矩并具有一定的储备系数;
(2)接合时更平顺、柔和,使车辆行驶时抖动和冲击小;
(3)分离时更彻底、迅速,分离后空转阻力矩更小
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