湿式双离合器带排转矩研究.pdf

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第53卷第6期V01.53No.6农业装备与车辆工程AGRICULTURALEQUIPMENT&VEHICLEENGINEERING2015年6月June2015doi:10.3969/j.issn.1673—3142.2015.06.005湿式双离合器带排转矩研究潘强强12,吴光强1,罗少华2,许正功2陈勇2陈杰2,王瑞平2,3(1.201804上海市同济大学汽车学院;2.315336浙江省宁波市宁波吉利罗佑发动机零部件有限公司;3.315800浙江省宁波市浙江吉利罗佑发动机有限公司)[摘要]针对湿式双离合器自动变速器普遍采用的湿式双离合器,从理论上对湿式双离合自动变速器在分离状态下带排转矩的产生及计算进行了分析.论述了润滑油温度、离合器转速、润滑油流量及摩擦副间隙等对湿式双离合器带排转矩的影响。通过台架试验验证其影响规律:带排转矩随着润滑油温度升高而变大.随着离合器转速变化而变化,随着润滑油流量增加而变大,随着摩擦副间隙变大而变小。[关键词]湿式双离合器;双离合器变速器;带排转矩[中图分类号]U463.212[文献标志码]A[文章编号]1673—3142(2015)06—0016—04StudyonDragTorqueofDualWetClutchPanQiangqian91”,WuGuangqian91,LuoShaohua2,XuZhenggon92,ChenYon92,ChenJie2,WangRuipinga·3(1.CollegeofAutomotiveStudies,Ton舀iUniversity,Shanghai201804,China;2.NingboGeelyRoyalEngineComponentsCo.,Ltd.,NingboCity,ZhejiangProvince315336,China;3.ZhejiangGeelyRoyalEngineCo.,Ltd.,NingboCity,ZhejiangProvince315800,China)[Abstract]Thedragtorqueofdualwetclutchappliedondualwetclutchtransmissionisstudied.Dualwetclutchindisengagestatuswillproducedragtorque.Therootcauseistheoreticallyanalyzedandcalculationisdone.Theinfluencefactorsondragtorqueofdualwetclutchsuchaslubricantoiltemperature,clutchrotatespeed,lubricantoilflowandclearanceoffrictionpairarediscussed.Thetestresultsindicatethatdragtorquedecreaseswithoiltemperatureincreasing,changeswithchangingofspeed,increaseswithaddingoflubricantoilflow,decreaseswithclearanceoffrictionpairincreasing.[Keywords]dualwetclutch;dualclutchtransmission;dragtorque0引言湿式双离合器继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格低等许多优点,又实现换挡过程的动力不中断的优势,但也存在其不可忽视的缺点,即存在带排转矩。湿式双离合器的带排转矩,指当湿式双离合器处于分离状态空转时,润滑油在各摩擦副间隙中形成润滑油膜。摩擦副的摩擦片与对偶钢片的相对旋转对摩擦副间隙中的润滑油膜形成剪切作用,这种由于剪切润滑油膜而产生的转矩称之为带排转矩【11。带排转矩是湿式双离合器本身的固有缺点,只要冷却润滑油存在,带排转矩就不可避免。带排转矩的存在,不仅降低了湿式离合器的传动效率和车辆的燃油经济陛,而且会引起离合器的磨损和润滑油的温度升高.为系统的散热带来困难。因此,从湿式离合器的结构设计和使用上都应尽可能地减小带排转矩。研究湿式双离收稿日期:2015—02—03修回日期:2015—03—02合器带排转矩的影响因素及提出降低带排转矩措施具有很大的现实意义。1理论分析湿式双离合器的结构如图1。偶数挡一组离合器,奇数挡一组离合器,每组离合器有Ⅳ片摩擦片和N+I片对偶片,各组钢片需要脱离及结合,需设定有初始间隙和使用寿命的间隙,一般初始间隙为0.2mm。图1湿式双离合结构Fig1Dualwetclutchstructure 第53卷第6期潘强强等:湿式双离合器带排转矩研究17由于摩擦面的平面度、粗糙度、毛刺等实际状态的影响,不利于双离合器的理论分析,故将双离合器数学模型化、简易化。两个相对旋转的圆板可作为湿式双离合器的摩擦副的简化结构,如图2所示。图2带排转矩推导原理图Fig.2Dragtorquederivationprinciplediagram研究湿式双离合器带排转矩的理论基础是牛顿内摩擦定律。湿式双离合器摩擦片之间充满着冷却润滑油,当摩擦片处于分离状态时。润滑油流过摩擦片的间隙,由于间隙很小,所以对摩擦副间润滑油的流动状态做如下假设:(1)摩擦副间润滑油的流动为层流;(2)润滑油与摩擦副表面接触的分子与摩擦副表面没有相对运动:(3)忽略重力、离心力以及由惯性力的影响;(4)不考虑摩擦片上的油槽的影响【划。根据牛顿内摩擦定律可以推导出湿式双离合器摩擦副间带排转矩的计算公式(1):r∞}盯·/.t·△∞·假:一R;)·万1·∑F1(1)厶Y忙1¨i△∞=∞1一∞2(2)式中:∞.——湿式双离合器摩擦片转速,rad/s;60,——湿式双离合器对偶片转速,rad/s;,l一润滑油动力粘度,Pa·s:R0_一湿式双离合器摩擦片外径,m;Ri——湿式双离合器摩擦片内径,m;危——摩擦副之间的间隙,m;Q——流量,m3/s。由于离合器对油品有其特殊的要求,故在本文中定义为DCTF.同时本文需要研究不同动力粘度对带排转矩的影响。本文不对油品添加不同的添加剂对动力粘度的影响做分析,只是从总体上研讨油品的特性。并应用不同动力粘度的油品进行试验及仿真分析。DCT的特殊要求,使其粘度随工作温度变化不过于明显,要求DCT油品有较高的粘度指数。该DCTF油粘度性能的指标主要有高低温粘度特性、粘度指数等。DCTF系列油在120℃时的粘度范围为6.62~7.20cst,在40℃时粘度分别为33.54~34.90cst。在100oC粘度和粘度指数等在DCT油品的使用寿命中几乎保持不变。剪切稳定性,DCT油品在传递动力时候由于受到强烈的剪切作用。使得油中的粘度指数改进剂之类的高分子化合物因剪切而切断,使得油品中粘度降低,油压下降,最后导致离合器打滑。为使试验及分析有效,故提取所有从40℃到120oC之间的数据进行分析。间隙的定义,由于离合器存在分离和结合,其交替之间存在响应快慢及空间结构等要求。在温度、流量和摩擦片一定的情况下,选择最佳的带排转矩间隙。为找到最佳间隙,从1.2~2.5mm之间进行仿真及试验,找到接近最低的带排转矩,在仿真及试验中不考虑离合器摩擦片的磨损.生产中必须考虑。转速的定义,由于本文对整体进行研究,同时也考虑实际应用,根据发动机的工况,定义为200~6500r/min之间。从以上公式看出.对于一定结构的湿式双离合器,其带排转矩与摩擦片一对偶片的相对转速、冷却润滑油的动力粘度成正比,与冷却液的流量、摩擦副的分离间隙成反比。2带排转矩的试验研究2.1油温对带排转矩的影响根据理论分析,考虑实际试验,试验台装置置于常温环境,定义验证条件如表1。试验装置如图3所示。表1试验条件Tab.1Testcondition项离合器K摩擦片尺寸/mm摩擦片数目/个油品温度/℃冷却流量/(L/min)转速/(r/min)外直径Ro:192内直径R。:1654DCTF40~801~8200~6000 农业装备与车辆工程2015年离合器试验装置根据试验结果可知.在不同润滑流量的情况下,随着油温的升高,带排转矩都出现逐渐下降的试验迨接支撑柑悯现象,试验结果验证了理论分析方向的正确性,即温度升高,带排转矩下降。2.2离合器转速对带排转矩的影响图3试验台装置Fig.3Testequipment根据流体力学理论,温度变化对油液的粘度影响很大,温度升高。粘度下降嗍。由于带排转矩与油液动力粘度成正比.油温对带排转矩有很大影响,通过试验数据评估温度对带排转矩的影响及变化规律。对湿式双离合器在润滑流量分别为2L/rain、4L/min、8L/min时进行试验,润滑人VI油温分别为40℃、80cc、120℃,Fig.4DragEZ≮硪样再{l}Fig.5Drag87.2试验结果如图4一图6一爹一争一||I至~40℃80℃1201图6润滑油8L/min不同油温的带排转矩Fig.6Dragtorquewithdifferenttemperaturein8L/,minlubricantO根据公式可知,双离合器的转速变大,带排转矩会受之影响。在同一试验条件下,对湿式双离合器进行试验,分别在200,300,500,800,l000,l500,2000,3000,4000,5000,6500r/min进行测试,润滑油液分别为2Umin、4Umin、8Umin分别在油温为40、80、120qC之间,苫●Z≮副簿瑶丑已试验结果如图7一图9。—.--2L,rain@40℃+2L/min@80℃甘2L/min@120℃0l()【】【】2()()03()【X)4OU050006O()【)7000转速/(r/rain)图7润滑油2L/min时不同转速的带排转矩Fig7Dragtorquewithdifferentrotatespeedin2L/minIubricantoil一4l/n]in晒谢)1:+4】/n】m@801:一4I/mln向120℃UU【JLl!uUU30004LJ【J0)㈣6oU0/Uuu转速/(r/min)图8润滑油4L/min时不同转速的带排转矩Fig.8Dragtorquewithdifferentrotatespeedin4Uminlubricantoil·-·一8I/mm@40℃+8I/min@801:一8I/n】in⑥12n℃161412108642O01㈨f】!㈨(){¨¨I)4㈨(1‘(){106()⋯?¨¨《)转速/(1'/Inill)图9润滑油8Umin时不同转速的带排转矩Fig.9Dragtorquewithdifferentrotatespeedin8Um.nlubricantoil根据以上试验数据。得出如下结论:当输入转速<1000r/min,带排转矩随转速增加而递增;当输入转速>1000r/min,带排转矩随转速增加而递一;N)\埭李毒裁靶一0.N一\硪蜱姑靼一Ⅲ.弓\壤辩站靼一;邑\鼎辞站靶 第53卷第6期潘强强等:湿式双离合器带排转矩研究19减;当转速达到3000r/min以上,带排转矩的变化率很小,趋于稳定,不同温度不同流量均在5N·m以内。分析双离合器的主动与从动的转速差可以看出,由于摩擦片端作为从动端,由于转动惯量的存在,在1000r/min以内,随着转速的上升,转速差在上升。在1000r/rain之后,由于油品的剪切使摩擦端的惯量加速超过与转速加速能力(转速差),并最终趋向于稳定,见图10。图7、图8、图9各试验数据体现了不同温度及不同转速下的带排转矩,可见带排转矩随着温度的升高而减少。00()转速劳△,?,(r/iltlllJ图10不同温度下带排转矩稳定时的震荡曲线Fig.10Thevibratecurveunderstabilitydragtorqueatdifferenttemperature2.3润滑油量对带排转矩的影响公式表明,湿式双离合器带排转矩与摩擦片数量、摩擦副内外径、摩擦片转速、润滑油动力粘度(温度)以及摩擦副间隙等有关;试验数据表明湿式双离合器与润滑油流量的大小也有很大的关系。从图4、图5、图6不同润滑流量不同油温的带排转矩及图7、图8、图9不同润滑流量不同转速下所得的带排转矩数据可知,润滑流量增加,带排转矩也随之增加。2.4摩擦副间隙对带排转矩的影响由公式可知,带排转矩随着摩擦副间隙的增加而减小用。对湿式双离合器在摩擦副间隙为1.2、1.5、1.8、2.0、2.3、2.5mm时进行试验,润滑油温为40℃,试验结果如图ll所示。试验数据可知.当转速逐渐增加到怠速转速区间(转速为600。1000r/min),带排转矩随着间隙增加而变小。:}002I)()4006f)¨H(X)l州m20014n)1600转速/(I‘/.1itl)图11润滑油4L/min时不同间隙的带排转矩Fig.11Dragtorquewithdifferentclearancein4Vminlubricantoil3总结通过对双离合器带排转矩的理论分析和试验研究,得出以下结论:(1)带排转矩的理论分析与试验结果的变化趋势基本一致。(2)润滑油的温度对带排转矩的影响很大,随着温度升高,带排转矩随之减少。(3)转速对带排转矩的鬏响有如下规律:当转速小于1000r/min时.带排转矩随着温度升高而变大;当转速大于1000r/min时,带排转矩随着温度升高而变小;当转速大于3000r/min时,带排转矩基本恒定,受转速影响较小。(4)带排转矩随着摩擦副间隙增加而变小。参考文献[i]张志刚.关于湿式离合器几个工作特性研究[D】.杭州:浙江大学.2010.[2]马彪,杨文正.液压换挡离合器带排转矩研究【J】机械设计,1999(10):13-15.[3]阎清东.湿式多片制动器带排转矩研究[J].汽车技术,2007(9):73—75.[4]刘建胜,陈东升,李宏才,等.湿式多片式制动器带排转矩和响应特性的实验研究【J】.车辆与动力技术,2003(4):8-11.[5]昊超.液粘离合器带排转矩影响因素的试验研究.[J]车辆与动力技术。2012(3):40—42.[6]HuJibin.Researchondragtorquepredictionmodelforthewetclutches[J].JournalofBeijingInstituteofTechnology,2008(4):405—409.[7]郭晓林.湿式双离合器带排转矩特性及其应用研究[J].液压与气动,2011(3):92—95.作者简介潘强强(1984一),女,浙江温州人,同济大学在读研究生。E—mail:374448900@qq.corn通讯作者昊光强(1965一)。男,河北秦皇岛人,同济大学教授。腱●,●41l■;_I

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