液壓離合器失效的分析和研究

0 引言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展,作為汽車動力傳動系統(tǒng)核心總成之一的變速器,從機械變速器發(fā)展到自動機械變速器(AMT)，到雙離合變速器(DCT)，到無級變速器(CVT)，再到自動液力變速器(AT)等多種產(chǎn)品并存，對整車的駕駛舒適性、燃油經(jīng)濟性和廢氣排放等有著主要影響。目前國內(nèi)車用的自動液力變速器廣泛采用了美國艾里遜ALLISON、卡特CAT、德國ZF液力變速器等液力傳動裝置，他們只對我國輸出產(chǎn)品不輸出技術(shù)，而且這幾種液力變速器產(chǎn)品價格高、交貨周期長、售后服務不及時。因此國內(nèi)廠商開始紛紛引進、仿制、創(chuàng)新研制了一系列替代進口產(chǎn)品，但起步晚，與國外產(chǎn)品相比，仍存在差距，還需不斷創(chuàng)新完善。特別是其中的核心零部件，如：離合器、軸承、液壓元件等。

1 離合器概述

離合器作為自動液力變速器(AT)的核心零部件,在自動變速箱變速時,通過離合器的結(jié)合或分離來傳遞或中斷扭矩。現(xiàn)代自動變速箱中，多采用了液壓離合器或制動器作為換檔和轉(zhuǎn)向的摩擦元件。其中液壓離合器，是在液力變速器行星變速箱中，使行星排三個構(gòu)件中的兩個構(gòu)件結(jié)合成為一個整體旋轉(zhuǎn)，并結(jié)合嚙合齒輪對的齒輪和軸，起摩擦同步作用，從而獲得加速或減速，以得到換檔或者直接檔。因此，液壓離合器的功用就是，結(jié)合時使主動部分和被動部分摩滑同步，從而實現(xiàn)扭矩傳遞，接通動力，反之分離時則切斷動力。常用的摩擦元件按結(jié)構(gòu)形式分為片式、帶式、錐式和蹄式等，目前應用最廣泛的是片式摩擦元件，它在結(jié)構(gòu)和性能上有以下優(yōu)點

：

1.可通過增加摩擦片數(shù)量來提高摩擦扭矩，傳遞較大扭矩；

2.結(jié)構(gòu)布置方便，可作為離合器或制動器；

3.對于傳動軸沒有徑向負荷；

離合器耗散功率：

_

=

(

-

,

) (kW)

松嫩平原是一個潛水普遍分布的大型蓄水盆地，東部高平原和西側(cè)的大興安嶺山前傾斜平原，既是山區(qū)基巖裂隙水的排泄區(qū)，又是中部承壓水盆地的主要補給區(qū)。

當然，片式摩擦元件在分離時，摩擦片間會產(chǎn)生相對摩滑損失

。而且摩擦片數(shù)越多，空轉(zhuǎn)摩滑損失越大。因此，對各種液壓離合器在液力傳動中要求

：1.具有良好潤滑和冷卻；2.分離時相對轉(zhuǎn)速小，減小空轉(zhuǎn)摩擦扭矩。

2.實驗過程：16只造模成功動物按數(shù)字表法隨機分為HBO組和非HBO組，每組8只(16側(cè)鼻腔)。HBO組術(shù)后第5天開始HBO治療，方案升壓20 min，穩(wěn)壓40 min，減壓30 min，治療壓力0.2 MPa(2.0 ATA)，1次/d，共計20次。非HBO組、正常對照組處于常壓環(huán)境。術(shù)后第6周處死動物，取雙側(cè)下鼻甲手術(shù)區(qū)黏膜組織，觀察大體形態(tài)及病理學改變。

2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計和性能參數(shù)

圖1為國內(nèi)某公司研發(fā)的七檔自動液力變速器傳動路線簡圖，其中的液力變速箱是由低檔制動器C1，高檔制動器C2，片式離合器C3、C4、C5和C6，以及四個行星排P1、P2、P3和P4組成，通過不同的排列組合可實現(xiàn)七個前進檔，一個倒檔和一個空檔。各檔工作制動器和離合器以及速比見表1。

我國政府高度重視并著力解決水問題。陳雷部長在會議致辭中列舉了一組數(shù)據(jù)：改革開放30多年來，解決了3億多農(nóng)村人口的飲水安全問題，提前6年實現(xiàn)聯(lián)合國水與衛(wèi)生千年發(fā)展目標；以年均1%的用水低增長支撐了年均近10%的經(jīng)濟高速增長，在農(nóng)業(yè)用水連續(xù)30多年保持零增長的情況下，糧食產(chǎn)量提高了78%，實現(xiàn)了2004年以來的八連增。中國以占世界6%的淡水資源和9%的耕地，保障了占世界21%人口的糧食安全、飲水安全。對于發(fā)展中的中國而言，這是了不起的成就，也是對世界繁榮與發(fā)展作出的重大貢獻。

3 離合器失效形式

液壓離合器紙基摩擦材料失效形式分為熱失效和機械失效。熱失效分為單位時間內(nèi)吸收大量的熱造成的功率失效、在相對長的一段時間內(nèi)吸收過多的熱造成的能量失效和燒損失效

；機械失效分為過度磨損和應力疲勞。由于紙基摩擦材料的有機母體，過高的表面高溫將引起表面碳化，導致摩擦性能衰退和失效

。

通過梳理改革開放以來我國出臺的養(yǎng)老服務政策、審視四十年來我國養(yǎng)老服務政策的演變過程，可以對我國社會養(yǎng)老服務體系的發(fā)展導向、特點、成效、問題以及未來走向有個清晰的把握。改革開放四十年以來，我國發(fā)展養(yǎng)老服務的一個核心概念就是“社會化”，最為突出的轉(zhuǎn)變就是對“社會化”的內(nèi)涵、特征和實現(xiàn)方式逐步有了科學、理性、適合中國國情的認識。而對于這個概念的正確認識、清晰界定以及在政策層面相應的制度設計對于我國養(yǎng)老服務的健康、迅速發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

公司以經(jīng)協(xié)商變更勞動合同未達成協(xié)議為由向成銳送達了解除勞動合同通知書，與成銳解除勞動合同的行為亦不符合法律規(guī)定，因此，二審法院認為，原審法院認定公司上述行為屬于違法解除勞動合同，應當向成銳支付違法解除勞動合同賠償金并無不當。公司的上訴意見與法律規(guī)定不符，對其上訴意見不予采納。

4 離合器失效原因分析

4.1 摩擦材料

液力傳動應用的離合器摩擦副分為金屬型和非金屬型兩大類。其中非金屬型摩擦材料的特點是價廉，而且具有高靜摩擦系數(shù)和動摩擦系數(shù)，能保證離合器結(jié)合較平穩(wěn)，噪聲低，甚至無噪聲

，特別是紙基摩擦材料，在車輛液力傳動中得到廣泛使用。該產(chǎn)品變速箱中，所有離合器摩擦副均采用了非金屬摩擦材料-紙基。紙基摩擦材料最大的優(yōu)點是具有較大的摩擦系數(shù)，通過試驗得到，其靜摩擦系數(shù)可達為0.13～0.16,動摩擦系數(shù)和摩滑速度幾乎無關(guān)，可達為0.11

，而且，紙基摩擦襯面具有彈性、疏松性和良好的潤滑性能，但缺點是磨損量大、耐熱性較差、易燒壞。所以使用時必須保證良好的冷卻潤滑和較短的摩滑時間

。

一位先生在餐館吃完飯，結(jié)賬后準備起身離去。站在一旁的侍者見他無意付小費，忙說：“先生，你相信歷史會重演嗎？”

4.2 離合器面壓的計算

圖3、圖4為該離合器原始潤滑方案，從結(jié)構(gòu)布置上看，C3和C4齒圈上未見潤滑油道、油孔，可能導致熱量無法被充足的潤滑流量帶走，容易過熱燒毀。

計算得到各個構(gòu)件的最大面壓Pmax，從表2 各離合器面壓計算表可以看出，C6離合器面壓最大，達到5.53N/mm

,略大于許用面壓Paul(5N/mm

)，其余C1～C5離合器面壓均小于許用面壓Paul(5N/mm

)，但C6離合器最大面壓出現(xiàn)于倒擋最大發(fā)動機扭矩工況，并不常見，因此可忽略不計。

在C3和C4離合器內(nèi)轂打孔(行星排齒圈)，見圖10,使?jié)櫥鸵部蓮南路竭M入。

4.3 離合器摩滑功的計算

車輛從原地起步及動力換檔過程中，離合器在傳遞扭短的同時，產(chǎn)生摩滑，最后使主被動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速相等。在摩滑過程中，離合器消耗的功稱摩滑功。摩滑功是離合器熱負荷計算的基礎，摩滑功值取決于下列因素：摩擦片的壓力，相對轉(zhuǎn)速，換檔時間，發(fā)動機和變矩器的扭矩變化特性，主被動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量，主被動系統(tǒng)的阻力矩，摩擦副的摩擦系數(shù)和表面狀態(tài)；潤滑強度及油的粘度等。

根據(jù)表2得到各個構(gòu)件的數(shù)據(jù)，計算得到各個構(gòu)件空轉(zhuǎn)時的最大相對線速度和單位面積的滑摩功率，假設滑摩時間0.8s，計算得到單位面積滑摩功，見表3。從計算結(jié)果來看，C3制動器在1檔時最大空轉(zhuǎn)滑差接近60m/s，較高，C4和C5換檔時的熱負荷較大。

根據(jù)表2表3數(shù)據(jù)統(tǒng)計總結(jié)如下表4，從表4數(shù)據(jù)可以得出，造成目前摩擦片C3和C4過熱燒結(jié)的可能原因：(1)潤滑不足；(2)滑摩時間過長或頻繁換檔導致摩擦片過熱。

其中[α]是許用壓力角。δmax、δmin的最大可取值區(qū)間是[0,180]，由式(12)前2式知α1、α2的最大可取值區(qū)間是[-90,90]，由式(13)、式(15)有

5 潤滑改進

多片摩擦離合器的面壓與離合器扭矩、摩擦副數(shù)、摩擦系數(shù)、壓緊力和作用半徑等有關(guān)

。

5.1 改進方法1—建議在摩擦片襯面增加過油槽

摩擦襯面溝槽的目的主要有三個：一是潤滑作用，保證油流通過摩擦表面，潤滑摩擦面；二是冷卻作用，保證冷卻油流動，通過溝槽，達到冷卻摩擦面；三是油流還可以將摩擦表面上磨損下來的磨屑帶走，防止摩擦副表面的擦傷。溝槽的形式對于從動摩擦片很重要，在高轉(zhuǎn)速、小動力黏度條件下，從動摩擦片表面溝槽有利于降低帶排扭矩；相反，低轉(zhuǎn)速、大動力黏度時從動摩擦片表面溝槽不利于降低帶排扭矩；但溝槽對摩擦表面的散熱起到非常大的作用，不同的溝槽形式，散熱效果不同

。摩擦片表面的溝槽形式有：周向槽、徑向槽、周向徑向組合槽、方格槽、菱形槽、單向或雙向渦旋槽等。目前，摩擦片表面設置徑向溝槽，根據(jù)該液壓離合器襯面材料和使用條件的要求，摩擦片采用了圖5紙基摩擦襯面溝槽形式，這種形式加工方便，并能保證足夠的冷卻油通過。若摩擦片滑膜工況較惡劣，可以考慮再從摩擦片材料和溝槽結(jié)構(gòu)(如Y型或其他復雜結(jié)構(gòu))改進提升。

從圖4可以看出，C3和C4離合器潤滑油從左側(cè)進入，再向右流動，保證C3和C4離合器的潤滑，摩擦片和鋼片上設有專門的溝槽，幫助過油。但是摩擦片和鋼片的相對轉(zhuǎn)動，會使溝槽難以對其，致使左側(cè)潤滑油難以向右流動，導致離合器右側(cè)摩擦片潤滑不足。

因此僅僅在摩擦片襯面增加過溝槽還不夠，建議在此基礎參照圖6美國艾里遜ALLISON類似變速器潤滑方案，增加集油裝置或油道。

5.2 改進方法2—離合器外轂上打油孔

在Simulation-X軟件中搭建流量分配模型：

1)輸入大小為2bar的潤滑壓力；

離合器滑摩功率：

_

=|

×

×9545| (kW)

2)沿程壓力損失：通過設置油路孔徑和長度，計算潤滑油流動時的內(nèi)、外摩擦力所引起的沿程壓力損失；

3)局部壓力損失：通過設置彎管的大小計算潤滑油的局部壓力損失。

4)仿真對比Φ3、Φ2和Φ4、Φ3兩組節(jié)流孔的流量結(jié)果。

主要表現(xiàn)為離合器鋼片翹曲、紙基燒結(jié)脫落等。如圖2所示為該產(chǎn)品試制過程中樣機廠內(nèi)臺架試驗后，C3、C4離合器的失效圖片。

節(jié)流孔為Φ3、Φ2時，節(jié)流孔的流量大小幾乎一致，孔徑大小更加合理，建議選取此方案。即堵住原有的潤滑油孔，在C3和C4離合器外轂處分別布置5個Φ2的油孔和5個Φ3的油孔，保證摩擦片的潤滑，同時，取消掉現(xiàn)有摩擦片和鋼片上的打孔過油設計，改進為無油孔設計的完整的摩擦片和鋼片。潤滑流量的進出走向需進一步分析，防止出現(xiàn)進油順暢，出油不順暢，導致憋油現(xiàn)象，帶不走產(chǎn)生的熱量。

5.3 改進方法3—離合器內(nèi)轂上打油孔

5) 0—5狀態(tài)轉(zhuǎn)換。因為系統(tǒng)存在2條輸出通道，因而2個通道均出現(xiàn)FDU的原因只能是由于共因失效，其概率為λDUC。

本工作介紹了一種改進型DIC分析技術(shù).基于室內(nèi)模型試驗,結(jié)合改進型DIC分析技術(shù),針對靜壓沉樁過程中樁-土界面土體位移進行了測量和分析,得到以下幾點結(jié)論.

根據(jù)行星輪和齒圈的嚙合關(guān)系(P1行星排)，齒圈嚙合作用的最大半徑為117.93mm，那么在齒底位置可打最大孔徑為1.5mm。

類似的，P2齒圈嚙合作用的最大半徑為120.751mm，那么在齒底位置可打最大孔徑也為1.5mm。

依據(jù)以往經(jīng)驗，油道最小孔徑最好不小于2mm。

齒圈上油孔的布置方式：可進行螺旋式布置。

6 控制改進

6.1 3-4換檔過程數(shù)據(jù)分析

由圖14中數(shù)據(jù)可以看出，D3D4換檔過程存在小幅的飛車，建議增加飛車的自適應學習；D3D4換檔過程時間在600ms左右(偏長)。

6.2 離合器溫度估計模型(見圖15)

離合器傳遞的扭矩：

=

2

×(

-

) (Nm)

離合器滑差：

=

×(

-

×

) (rpm)

5)護表方式。采用直徑6 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距80 mm×80 mm，中空注漿錨桿之間采用W鋼帶連接。

4.摩擦片表面受力均勻、磨損均勻。

離合器產(chǎn)生的熱功率:

_

=

_

-

_

(kW)

離合器溫升速率:Δ

=

×

_

(℃ /dt)

離合器溫度:

(

)=min(max(

(

-1)+Δ

,

),

)

式中：

—離合器的

壓力值；

—當前離合器檔位滑差對應的檔位速比；

—當前離合器滑差與檔位滑差的比例系數(shù)；

—為離合器基于溫差和發(fā)動機轉(zhuǎn)速標定的散熱功率；

—離合器質(zhì)量參數(shù)；

—離合器比熱容系數(shù)；

—離合器最大溫度限制；

6.3 增加基于離合器滑摩功的變速器換檔過程保護控制

1.在當前換檔過程中，計算離合器的滑摩功，當離合器的滑摩功大于設定值W

后觸發(fā)以下控制；

同理，對深圳港水上“巴士”未涉及航線進行經(jīng)濟性估算，并分析是否適合開通水上“巴士”及原因，結(jié)果如表4所示.

2.OC離合器壓力在原控制的基礎上增加上升的斜率ΔP

；

（2）學生在考試之前沒有做好足夠的準備，造成對試驗原理不清楚，在實驗課上，僅僅是做一個旁觀者，沒有動手操作實驗。

3.發(fā)動機的降扭目標降低至T

。

6.4 基于飛車識別的離合器換檔過程自適應控制(見圖16)

1.監(jiān)控換檔過程中換檔進程信號的最小值δ

；

2.在δ

小于設定值后，通過自適應提高OC離合器的控制壓力。

7 結(jié)束語

本文針對國內(nèi)某型號自動液力變速器試制臺架試驗后離合器失效現(xiàn)象，通過離合器摩擦片表面的材料、面壓、摩滑功等的計算，進行了原因分析和改進方案提出，采用參考國際先進相應產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設計合理性分析，在Simulation-X軟件中搭建流量分配模型，并改進控制，優(yōu)化換檔元件結(jié)構(gòu)設計，改善摩擦片散熱冷卻性能，提高離合器工作性能和使用壽命措施，為后續(xù)自動液力變速器試制傳動系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供參考。

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