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1、车辆与动力技术2000年第4期总第80期Vehicle&PowerTechnology文章编号:10094687(2000)04000705离合器片表面温度的测量与表面应力的计算112蔡丹,魏宸官,宋文悦(1.北京理工大学车辆与交通工程学院,北京100081;2.中国北方车辆研究所,北京100072)摘要:本文应用红外测温装置测量离合器片工作时的表面温度.依据测得的某瞬时表面温度计算了离合器片的表面应力.温度测量结果显示,片工作表面热负荷分布不均匀.应力计算结果表明,片某些区域的瞬时应力值超过了材料的屈服极限.关键词:摩擦片;热负荷;离合器;有限元法中图分
2、类号:TJ81+0.32文献标识码:A1前言多片湿式离合器广泛应用于重型车辆中.离合器工作过程中大量动能转化成热能,引起离合器摩擦片温度升高.摩擦片表面温度的确定,对片摩擦系数变化、表面损伤、变形或其它失效的研究具有重要意义.同样,片表面应力的确定,对片翘曲变形损伤机理的研究有指导作用.本文通过实验测量离合器片工作时表面真实的温度场,并利用测量结果计算片表面应力.2离合器片表面温度的测量2.1测量系统简介采用非接触式的红外温度探测器测量制动器接合过程中对偶片表面温度变化情况.MCMHW红外线测温装置包括探测器、校准面源、面源温控及前放电源、多自由度减振台和
3、对中设备.探测器内有光敏感元件和前置放大器,当被测离合器片表面发射的红外线通过窗口和透镜组成的光路成像在敏感元件表面时,光子能量被敏感元件吸收,敏感元件产生电压.电压的大小与光子能量和数量有关,而光子的能量和数量与被测表面温度、被测物体发射率成一定函数关系.敏感元件产生的电压经放大器放大,由计算机数据采集系统记录下[1]来.根据探测器温度标定曲线和物体发射率,计算出被测表面的温度.收稿日期:20000123基金项目:兵器科技重点预研项目作者简介:蔡丹(1968),男,浙江象山人,博士研究生,研究方向为车辆传动系操纵摩擦元件.·8·车辆与动力技术2000年探
4、测器内共有8组敏感元件和放大器,可同时测量8个点的温度值.为了在测温的同时能知道被测温度点在试验片上的位置,在试验箱输入轴上装了2个测速齿轮.一个为单齿,每转发出一个脉冲;一个120个齿,每转发出120个脉冲.数据采集系统在记录温度信号的同时,记录2个齿轮的脉冲信号.数据处理时根据单齿脉冲确定一转温度场的开始和结束,利用一转之间的120个脉冲确定各被测温度对应于试验片上各个点的位置.图1为试验箱与探测器的布置.摩擦片为静止片,对偶片接合在主动轴上为转动片.为使测温面发出的红外线能够射入温度探测器,试验箱盖、压板和靠近压板的静止片都开了小扇形口.图2为测点布
5、置情况.图中给出了测温面尺寸、测量点的位置和静止片上扇形开口的大小.当对偶片转动时,片整个表面被测量点扫描到,红外线信号经探测器转换成电压信号输出,由数据采集系统记录、处理,形成对偶片表面温度场数据.图1试验箱、探测器示意图图2测点布置2.2测量结果及分析图3是试验箱主动轴转速在1500r/min条件下某次接合时各通道温度变化曲线.图中的脉冲信号由单齿测速齿轮发出,每隔一脉冲表示试验片转过一周.很明显,在一次接合过程中各通道温度不一致,且变化很不均匀,位于片中径处的5、6通道温度最高,而名义上也接触并承担工作载荷的7、8通道即对偶片外缘处温度并不高,其表1
6、各通道温度℃T通道t=0st=1.6s337.799.8534.1235.2640.3123.6739.468.5839.558.3图31500r/min转速下某次接合温度曲线第4期蔡丹等:离合器片表面温度的测量与表面应力的计算·9·原因是:由于制造精度等缘故,试验片在接合时其接触点主要集中在5、6通道对应的片中部,而7、8通道所对应的外缘处接触相对较少,实验后拆箱检查,观察对偶片表面的磨损情况,证明了这一点;对偶片外缘处的润滑散热条件更良好.图3中各通道在t=0s及t=1.6s时(此时5通道温度达到最高值)的温度见表1.一次接合,对于主要接触的5通道
7、,其温升可达200℃.图4显示的是试验转速1500r/min下第2次接合(紧接上次,时间间隔30s)对偶片表面温度变化曲线.t=0s及t=2.6s时(此时5通道温度达到最高值)各通道温度值见表2.表2各通道温度℃T通道t=0st=2.6s381.5139.9572.4276.5662.4184.7763.2130.4864.7112.5图41500r/min转速下某次接合温度曲线观察2次接合的起始点温度,可以发现后一次比前一次高30℃左右,这说明摩擦片脱开时,流经摩擦面的冷却油并未将全部热量带走,前一次操作周期中冷却的终了温度就构成下一次操作周期重新升温的
8、开始温度.而一次接合,观察主要接触的5通道,其温升维持在200℃左
