离合器摩擦片瞬态摩擦生热有限元分析研究.doc

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1、离合器摩擦片瞬态摩擦生热有限元分析研究摘要：为对离合器中摩擦片的强度和使用安全性进行分析和校核，指导摩擦片结构的优化，应用有限元分析软件ANSYS建立了摩擦片的参数化三维有限元模型，对接合时的摩擦片进行瞬态生热分析，得到接合过程中摩擦片的瞬态温度分布，发现摩擦片温度沿径向由内向外呈增高趋势，最高温度区域分布在摩擦片接合面外缘。进一步对摩擦片进行热固耦合应力分析，得到摩擦片接合时的应力分布和整体变形情况。热固耦合分析的结果表明，摩擦片热应力强度最大区域在接合面外缘，油槽附近具有较小的应力强度。关键词：摩擦片

2、；离合器；瞬态生热；热固耦合；有限元中图分类号：文献标识码：AfiniteelementanalysisontransientheatgenerationoffrictionplateFUShun-jun,ShenJin-ping,LiaoHui-jun,ZengLin-xi（NO.704ResearchInstitute,CSIC，Shanghai200031，China）Abstract:Inordertoimprovetheoptimaldesignofthefrictionplate,aparam

3、eterized3-DfiniteelementmodelwasestablishedbyusingthesoftwareANSYS.Withthemodel,ananalysisaboutheatgenerationwascarriedoutandthemomentarytemperaturedistributionoftheplatewasgot.Itwasdiscoveredthatthetemperaturealongtheradialoffrictionplatewasshowingarisin

4、gtrendfromtheinsidetooutside,thehighesttemperaturearealocatedintheouteredgeoftheplate.Tomakeafurtherinvestigation,thethermal-solidcouplinganalysisofthefrictionplatewasalsocarriedout.Theresultsshowedthatouteredgewasthepointwherethelargestheatstressintensit

5、yexisted.Onthecontrary,areasaroundofthetanksalwayshavesmallerstressintensity.KeyWords:frictionplate;clutch;transientheatgeneration;thermal-solidcoupling;finiteelementmethod0概述工程机械的离合器多采用摩擦式离合器，离合器工作状态的好坏对工程机械的正常工作以及发动机动力的充分利用影响很大。在摩擦片式离合器接合的过程中，从动轴逐渐获得主动轴

6、的速度，这时摩擦片在相连接的两轴的转速拉平前会产生相对滑动。由于在摩擦片的摩擦表面上施加了很大的轴向力（压力），所以引起强烈的生热，从而使摩擦片的表面层温度急剧升高。如果离合器摩擦片表面层在接触瞬间的温升过高，除了使摩擦系数急剧改变以外，还会引起摩擦片的材料结构的变化，并使各摩擦片的损失增加，引起擦伤的出现，甚至造成摩擦片表面的焊合[1-3]。所以，对铜基粉末冶金材料摩擦片进行瞬态生热的研究是十分必要的。本文利用大型有限元分析软件ANSYS，对某大功率低速离合器的摩擦片接合过程进行了瞬态生热分析和热固耦合

7、分析。1数学模型[4]1.1传热计算数学模型在分析工程问题时，经常要了解物体内部的温度分布情况，物体内部的温度分布取决于物体内部的热量交换，以及物体与外部介质之间的热量交换，一般认为是与时间相关的。物体内部的热交换采用以下的热传导方程（Fourier方程）来描述：（3）式中：——密度，kg/m3；——比热容，；——导热系数，；T——温度，℃；T——时间，s；——内热源密度，w/m3。对于各向同性材料，不同方向上的导热系数相同，热传导方程可写为以下形式，（4）除了热传导方程，计算物体内部的温度分布，还需要指

8、定初始条件和边界条件。初始条件是指物体最初的温度分布情况，（5）边界条件是指物体外表面与周围环境的热交换情况。在传热学中一般把边界条件分为三类：（1）给定物体边界上的温度，称为第一类边界条件。物体表面上的温度或温度函数为已知，或（6）（2）给定物体边界上的热量输入或输出，称为第二类边界条件。已知物体表面上热流密度，或（7）（3）给定对流换热条件，称为第三类边界条件。物体与其相接触的流体介质之间的对流换热系数和介质的温度为已知。