湿式摩擦片径向梯形槽油槽倾角对温度分布的影响

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Influence of Radial Trapezoidal Groove Inclined Angles on TemperatureDistribution of W et Friction PlateZeng Hong Xu Jiashuai Wang Yanzhong W e：Bin(1.Colege of Mechanical Engineering and Automation，Liaoning University of Technology，Jinzhou Liaoning 121001，China；2.School of Mechanical Engineering，Beijing University of Aeronautics and Astronautics，Beijing 100191，China)Abstract：The fluid-structure coupled transient heat transfer model of the wet friction clutch was established，consider-ing heat flux allocation between the friction plate and the dual plate，the temperature field and transfer coefficient were cal-culated，and the change regulation of the radial and circle temperature distribution and peak temperature were obtained。

The effect of the oil groove tilt angle on the radial groove friction plate transient temperature field was analyzed.The resultsshow that the temperature peak of the friction plate is decreased first and then increased with the increase of the oil groovetilt angle at the braking process.The position of temperature peak is becoming close to the inner radius as time goes by.thecloser the position to the outer radius，the bigger the temperature gradient of the friction plate is。

Keywords：friction plate；oil groove；temperature distribution；heat transfer model湿式离合器接合过程中，热量主要来源于主动片和从动片之间的相对滑动摩擦，当离合器在高速、重载或频繁接合时会产生很大的摩擦热，可能导致摩擦片温升过高而影响正常工作。研究湿式摩擦离合器摩擦片温度分布规律，对减少摩擦片发热、延长其使用寿命具有重要的意义。

王延忠等 运用数值计算并借助试验对湿式摩擦元件进行了温度场分析、摩擦机制以及摩擦因数预测等方面的研究；Yuan等 研究了湿式制动器脱开状态下的流体特性；黄健萌等 建立了干式制动器基金项目：国家科技支撑计划项目 (2012BAF12B08-5)；辽宁省汽车零部件数字化设计与制造重点实验室项目。

收稿 日期 ：2012-11-14作者简介：曾红 (1964-)，女，教授，硕士生导师，研究方向为机械 CAD/CAE/CAM.E-mail：zenghong316###126.corn。

热-结构耦合的数值模型，并对温度厨行了模拟，但研究仅局限于干式制动器，没有考虑润滑剂的影响。以前关于湿式离合器的研究大多数都集中在温度场的模拟，且在计算接合过程中摩擦片的温度分布规律时，通倡摩擦片沟槽与润滑油的对流换热系数假设为定值 。本文作者考虑油槽结构的影响和摩擦片与对偶片的热流分配问题，建立了摩擦副三维流固耦合有限元模型，利用 Fluent软件研究了摩擦片不同油槽倾角的瞬态温度分布规律，为优化摩擦片沟槽结构提供理论基矗1 摩擦片结构模型及载荷参数摩擦片的摩擦层厚度为0.5 mm，芯板厚度为 1mm，摩擦层和芯板外径均为 230 mm，摩擦层内径为190 mm，芯板内径为 180 mm，研究模型为整个摩擦面的1/24(周向角度 0为 15。)，如图 1所示。摩擦2013年第9期 曾 红等：湿式摩擦片径向梯形槽油槽倾角对温度分布的影响 15片上开有径向槽，本文作者研究了径向梯形槽倾角等于100。、1 10。、120。和 135。时摩擦片的温度分布。

图1 摩擦片模型及沟槽剖面Fig 1 Friction plate model and groove profile摩擦片材料为铜基粉末冶金，对偶片材料为 45钢，2种材料的物理特性如表 1所示。

表 1 摩擦片和对偶片的材料参数Table 1 Material parameters of friction plate and steel disc摩擦面的热流密度计算公式如下 ：q rlxptor (1)式中： 为摩擦功变为热量的转化率，取为0.95；为摩擦因数，取为0.09；P为摩擦片的正压力 ；∞为摩擦片和对偶片的相对滑动角速度； 为摩擦面上任意点到圆心的距离。

已知离合器接合油压为 1.9 MPa，接合时间为1.19 s，其理想的油压变化曲线如图2所示。

图2 理想的油压变化曲线Fig 2 Idea oil pressure curve假设对偶片与摩擦片的速度为线性变化规律，主、从动片在工作油压力达到稳定时没有相对滑动，则相对角速度为：) (f) (1÷) (2)式中： 为主动片 (对偶片)接合前的初始角速度，取为50 r/min； (t)为接合过程中对偶片的角速度；(t)为接合过程中摩擦片的角速度；t。为离合器的接合时间。

分析摩擦片温度场时，需要对热流密度的分配进行计算，并按照分配比例加载到摩擦表面。设输入到摩擦片以及对偶钢片的热流密度分别为 q c)'qm(， ，在偶件表面温度连续的前提下，可得公式 ]： ( 2.7 ㈩式中：A ，C ，P 为对偶钢片的导热系数、比热容、密度；A ，C ，P 为摩擦片的导热 系数 、比热容 、密度。

q( )q (叫)q (rI1) (4)联立式 (3)，得gn(叫) (5)gm(叫 (6)采用8 传动油，其在4O℃下性能参数如表2所示。

表2 8 传动油性能参数Table 2 Pammeters 0f 8 transmission fluid圆盘表面润滑油的普朗特数和雷诺数分别定义为：Pr：pfVfCf (7)， ，cf： (8)Vf式中：gc为摩擦面上距圆心的距离。

代入油温为40 c时的润滑油相关参数 ，计算可得普朗特数 Pr394.7，最大雷诺数 Re2.2 X 10 。

由于摩擦片形状为圆盘，故可采用旋转圆盘对流换热系数计算方法，圆盘表面的对流换热系数 h与努谢尔特数 Nu和雷诺数 e有关。Re<2 X 10 ，摩擦片表面流动为层流，在层流状态下，假设 rc处温度 的分布规律 为：- TB (9)式中： 为比例常数；n为摩擦片壁面温度分布指数。

假设摩擦片温度与半径成线性分布，取 m1，则对流换热系数为：2013年第9期 曾 红等：湿式摩擦片径向梯形槽油槽倾角对温度分布的影响 17赠316.00314.OO95 99 103 107 111 115半径 r/mm图7 摩擦单元对称轴线点温度分布曲线Fig 7 Temperature distribution curves offriction element at axis of symmetry28.0027.O026.0025.0024.0023.0O22.0021.0020.0019.00O322.50322.00321.50兰321.O0 氩 0.50赠 320.O0319.50319.O0318.5O角度 o/(。1(a)t1.1 S，rllO mm0 3.75 7.5 11.25 l5角度e/(。)(blt5S，rl06mm图8 不同倾角沟槽摩擦片温度分布曲线Fig 8 Temperature distribution curves of frictionplate with diferent groove inclined angles3 结论(1)湿式摩擦元件接合过程的热流密度随时间变化，是类抛物线曲线。

(2)制动过程中摩擦片最高温度随着油槽倾角的增加有先减畜增大的趋势，且最高温度出现的位置随着时间的增加逐渐向摩擦片中心靠近；越靠近摩擦盘的外边缘，摩擦片的周向温度梯度越大。

(3)梯形槽倾角对流体对流换热特性有-定影响，在摩擦片设计制造过程中应进行优化设计。