濕式雙離合器溫度研究＊

黃光穎，付楊成

（安徽江淮汽車集團(tuán)股份有限公司，安徽 合肥 230601）

引言

目前，國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)濕式多片離合器的散熱問題作了廣泛研究，多采用有限元分析方法給出了結(jié)合過程中摩擦片的溫度場(chǎng)，更多的是注重設(shè)計(jì)上的指導(dǎo)意義，而在整車實(shí)際運(yùn)行工況下離合器的實(shí)際溫升情況及冷卻控制策略參數(shù)標(biāo)定應(yīng)用指導(dǎo)上有較大局限性。

本文對(duì)通過假設(shè)簡(jiǎn)化模型，建立一維仿真模型，并通過溫度測(cè)試臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)校正，仿真結(jié)果為整車離合器冷卻控制策略提供可靠的分析數(shù)據(jù)。

1 熱傳導(dǎo)分析[2]

離合器滑動(dòng)摩擦期間，摩擦片溝槽內(nèi)油液相對(duì)于對(duì)偶鋼片的流動(dòng)近似掠過平板的流動(dòng)，則Re＜200000時(shí)的流動(dòng)為層流流動(dòng)，經(jīng)過計(jì)算，摩擦片溝槽內(nèi)的流體處于層流狀態(tài)。

流體層流狀態(tài)的普朗特?cái)?shù)Pr：

cp—油液定壓比熱容；

λ—油液熱傳導(dǎo)系數(shù)。

流體層流狀態(tài)平均努塞爾數(shù)Nu：

溝槽內(nèi)冷卻油與對(duì)偶鋼片側(cè)對(duì)流換熱系數(shù)h：

物體滑動(dòng)摩擦的熱量遵循一定比例被摩擦副的兩個(gè)物體吸收，該比例與兩物體的物性相關(guān)。假設(shè)兩個(gè)物體接觸面上的接觸溫升相等，滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生的熱量為q，摩擦襯片吸收的熱量為q1，對(duì)偶鋼片吸收的熱量為q2，吸收熱量的分配因子[3,8]。

λ—物體熱導(dǎo)系數(shù)；

c—物體比熱容；

ρ—物體密度；

2 仿真模型

濕式多片式離合器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)得知中間對(duì)偶鋼片熱負(fù)荷最高[1]，采用AMESim建立離合器溫度仿真模型，簡(jiǎn)化模型過程，對(duì)離合器進(jìn)行如下設(shè)定：

1）摩擦襯片兩側(cè)熱流密度具有對(duì)稱性,以對(duì)偶鋼片兩側(cè)摩擦襯片中心為絕熱邊界；

2）摩擦副相同直徑處，熱流密度均勻分布，溫度變化情況相同，因此可將摩擦副徑向離散劃分4等分圓環(huán)，由式（2），得到每個(gè)圓環(huán)熱量與總熱量比值：Ri3-Ri+13/Rout3-Rin3，其余部分自成獨(dú)立環(huán)，無摩擦；

圖1 對(duì)偶鋼片徑向劃分示意

3）摩擦副產(chǎn)生的熱量，全部由對(duì)偶鋼片和摩擦襯片吸收，則接觸點(diǎn)處鋼片和襯片吸收熱量比例參考熱流分配因子K；

4）冷卻油液與離合器的對(duì)流換熱系數(shù)參考公式（6），其中 Nu=0.664*Re?*Pr*c，c為模型校正過程的修正系數(shù)，區(qū)分內(nèi)外離合器；

5）忽略溫度變化對(duì)摩擦系數(shù)的影響，摩擦系數(shù)為常數(shù)；

6）因考察對(duì)象為多片式離合器的中部對(duì)偶鋼片，忽略溫升過程離合器殼體、結(jié)構(gòu)件以及對(duì)空氣熱輻射等影響。

對(duì)偶鋼片與摩擦襯片材料的屬性如下：

表1 摩擦副材料特性參數(shù)表

鋼片及摩擦片幾何參數(shù)及質(zhì)量參數(shù)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品確定。

根據(jù)以上設(shè)定并結(jié)合離合器結(jié)構(gòu)參數(shù)，將摩擦片及對(duì)偶鋼片建立模型，按照熱流分配原則對(duì)接觸質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行熱量分配，如圖2所示：

圖2 仿真模型

3 模型驗(yàn)證

建立離合器溫度測(cè)試臺(tái)架，測(cè)試數(shù)據(jù)與仿真模型結(jié)果對(duì)比修正，模型經(jīng)過修正后可以在很大的程度上反饋出離合器對(duì)偶鋼片的溫升情況，經(jīng)多工況數(shù)據(jù)對(duì)比仿真結(jié)果誤差約10%。

模型修正后，以整車工況作為輸入，對(duì)偶鋼片和離合器出口油液溫度仿真結(jié)果（實(shí)線）與實(shí)際測(cè)試溫度（虛線）對(duì)比，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。

圖3 整車工況輸入

圖4 鋼片和油液溫度曲線

離合器出口油溫仿真值與實(shí)測(cè)值有較好的吻合度，滑磨溫升階段偏差約1.5℃，對(duì)偶鋼片溫度與TCU的溫度分析結(jié)果也有較好的吻合度，滑磨溫升階段偏差約10℃，表明溫度模型適用性高且結(jié)果可信。

下表工況繼續(xù)探究離合器對(duì)偶鋼片的溫度分布及對(duì)流量變化的敏感性分析。

表2 仿真工況

3.1 溫度場(chǎng)分析

工況1結(jié)果如圖5，工況2結(jié)果如圖6：

圖5 外離合器對(duì)偶鋼片徑向溫分布

圖6 內(nèi)離合器對(duì)偶鋼片徑向溫分布

徑向溫度分布曲線圖5、圖6，其中r1＞r2＞r3＞r4＞r5，r1為離合器對(duì)偶鋼片凸緣部分，由此可見，離合器對(duì)偶鋼片的溫度分布規(guī)律為內(nèi)外邊緣低，靠近外側(cè)邊緣區(qū)域的溫度最高。

3.2 冷卻流量敏感度分析

考察內(nèi)離合器對(duì)冷卻流量的敏感度分析，工況3結(jié)果如圖7所示。

離合器結(jié)合階段，冷卻流量較小時(shí)，鋼片溫度受冷卻流量影響較大，隨著冷卻流量的增大對(duì)偶鋼片溫度受到的影響減小， 16L/min后，鋼片溫度對(duì)輸入流量的變化敏感度較低，約 2.6℃/（L/min）；

離合器分離階段，鋼片對(duì)輸入冷卻流量的敏感度比結(jié)合階段大，但隨流量的增大，鋼片的溫度對(duì)輸入流量的變化敏感度降低，16L/min后，約2.4℃/（L/min）。

圖7 離合器不同階段的溫度變化率曲線

4 結(jié)論

通過對(duì)濕式雙離合器按一定的原則簡(jiǎn)化對(duì)偶鋼片建立溫度模型，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)吻合，最高溫度數(shù)值上誤差約10%～12%，與整車測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比也有較好的吻合度，驗(yàn)證建模方法的有效性及實(shí)用性，同時(shí)得出如下結(jié)論：

（1）離合器對(duì)偶鋼片溫度在徑向方向的分布規(guī)律為，內(nèi)外邊緣低，靠近外邊緣區(qū)域溫度最高，需注重此區(qū)域的面壓分布情況；

（2）離合器結(jié)合階段對(duì)輸入冷卻流量變化的敏感度較低，冷卻流量大于16L/min后，溫度變化受流量的影響很小，應(yīng)考慮控制滑磨時(shí)間等措施進(jìn)行保護(hù)。