液压离合器失效的分析和研究

0 引言

随着汽车工业的发展,作为汽车动力传动系统核心总成之一的变速器,从机械变速器发展到自动机械变速器(AMT)，到双离合变速器(DCT)，到无级变速器(CVT)，再到自动液力变速器(AT)等多种产品并存，对整车的驾驶舒适性、燃油经济性和废气排放等有着主要影响。目前国内车用的自动液力变速器广泛采用了美国艾里逊ALLISON、卡特CAT、德国ZF液力变速器等液力传动装置，他们只对我国输出产品不输出技术，而且这几种液力变速器产品价格高、交货周期长、售后服务不及时。因此国内厂商开始纷纷引进、仿制、创新研制了一系列替代进口产品，但起步晚，与国外产品相比，仍存在差距，还需不断创新完善。特别是其中的核心零部件，如：离合器、轴承、液压元件等。

1 离合器概述

离合器作为自动液力变速器(AT)的核心零部件,在自动变速箱变速时,通过离合器的结合或分离来传递或中断扭矩。现代自动变速箱中，多采用了液压离合器或制动器作为换档和转向的摩擦元件。其中液压离合器，是在液力变速器行星变速箱中，使行星排三个构件中的两个构件结合成为一个整体旋转，并结合啮合齿轮对的齿轮和轴，起摩擦同步作用，从而获得加速或减速，以得到换档或者直接档。因此，液压离合器的功用就是，结合时使主动部分和被动部分摩滑同步，从而实现扭矩传递，接通动力，反之分离时则切断动力。常用的摩擦元件按结构形式分为片式、带式、锥式和蹄式等，目前应用最广泛的是片式摩擦元件，它在结构和性能上有以下优点

：

1.可通过增加摩擦片数量来提高摩擦扭矩，传递较大扭矩；

2.结构布置方便，可作为离合器或制动器；

3.对于传动轴没有径向负荷；

离合器耗散功率：

_

=

(

-

,

) (kW)

松嫩平原是一个潜水普遍分布的大型蓄水盆地，东部高平原和西侧的大兴安岭山前倾斜平原，既是山区基岩裂隙水的排泄区，又是中部承压水盆地的主要补给区。

当然，片式摩擦元件在分离时，摩擦片间会产生相对摩滑损失

。而且摩擦片数越多，空转摩滑损失越大。因此，对各种液压离合器在液力传动中要求

：1.具有良好润滑和冷却；2.分离时相对转速小，减小空转摩擦扭矩。

2.实验过程：16只造模成功动物按数字表法随机分为HBO组和非HBO组，每组8只(16侧鼻腔)。HBO组术后第5天开始HBO治疗，方案升压20 min，稳压40 min，减压30 min，治疗压力0.2 MPa(2.0 ATA)，1次/d，共计20次。非HBO组、正常对照组处于常压环境。术后第6周处死动物，取双侧下鼻甲手术区黏膜组织，观察大体形态及病理学改变。

2 传动系统结构设计和性能参数

图1为国内某公司研发的七档自动液力变速器传动路线简图，其中的液力变速箱是由低档制动器C1，高档制动器C2，片式离合器C3、C4、C5和C6，以及四个行星排P1、P2、P3和P4组成，通过不同的排列组合可实现七个前进档，一个倒档和一个空档。各档工作制动器和离合器以及速比见表1。

我国政府高度重视并着力解决水问题。陈雷部长在会议致辞中列举了一组数据：改革开放30多年来，解决了3亿多农村人口的饮水安全问题，提前6年实现联合国水与卫生千年发展目标；以年均1%的用水低增长支撑了年均近10%的经济高速增长，在农业用水连续30多年保持零增长的情况下，粮食产量提高了78%，实现了2004年以来的八连增。中国以占世界6%的淡水资源和9%的耕地，保障了占世界21%人口的粮食安全、饮水安全。对于发展中的中国而言，这是了不起的成就，也是对世界繁荣与发展作出的重大贡献。

3 离合器失效形式

液压离合器纸基摩擦材料失效形式分为热失效和机械失效。热失效分为单位时间内吸收大量的热造成的功率失效、在相对长的一段时间内吸收过多的热造成的能量失效和烧损失效

；机械失效分为过度磨损和应力疲劳。由于纸基摩擦材料的有机母体，过高的表面高温将引起表面碳化，导致摩擦性能衰退和失效

。

通过梳理改革开放以来我国出台的养老服务政策、审视四十年来我国养老服务政策的演变过程，可以对我国社会养老服务体系的发展导向、特点、成效、问题以及未来走向有个清晰的把握。改革开放四十年以来，我国发展养老服务的一个核心概念就是“社会化”，最为突出的转变就是对“社会化”的内涵、特征和实现方式逐步有了科学、理性、适合中国国情的认识。而对于这个概念的正确认识、清晰界定以及在政策层面相应的制度设计对于我国养老服务的健康、迅速发展有着至关重要的作用。

公司以经协商变更劳动合同未达成协议为由向成锐送达了解除劳动合同通知书，与成锐解除劳动合同的行为亦不符合法律规定，因此，二审法院认为，原审法院认定公司上述行为属于违法解除劳动合同，应当向成锐支付违法解除劳动合同赔偿金并无不当。公司的上诉意见与法律规定不符，对其上诉意见不予采纳。

4 离合器失效原因分析

4.1 摩擦材料

液力传动应用的离合器摩擦副分为金属型和非金属型两大类。其中非金属型摩擦材料的特点是价廉，而且具有高静摩擦系数和动摩擦系数，能保证离合器结合较平稳，噪声低，甚至无噪声

，特别是纸基摩擦材料，在车辆液力传动中得到广泛使用。该产品变速箱中，所有离合器摩擦副均采用了非金属摩擦材料-纸基。纸基摩擦材料最大的优点是具有较大的摩擦系数，通过试验得到，其静摩擦系数可达为0.13～0.16,动摩擦系数和摩滑速度几乎无关，可达为0.11

，而且，纸基摩擦衬面具有弹性、疏松性和良好的润滑性能，但缺点是磨损量大、耐热性较差、易烧坏。所以使用时必须保证良好的冷却润滑和较短的摩滑时间

。

一位先生在餐馆吃完饭，结账后准备起身离去。站在一旁的侍者见他无意付小费，忙说：“先生，你相信历史会重演吗？”

4.2 离合器面压的计算

图3、图4为该离合器原始润滑方案，从结构布置上看，C3和C4齿圈上未见润滑油道、油孔，可能导致热量无法被充足的润滑流量带走，容易过热烧毁。

计算得到各个构件的最大面压Pmax，从表2 各离合器面压计算表可以看出，C6离合器面压最大，达到5.53N/mm

,略大于许用面压Paul(5N/mm

)，其余C1～C5离合器面压均小于许用面压Paul(5N/mm

)，但C6离合器最大面压出现于倒挡最大发动机扭矩工况，并不常见，因此可忽略不计。

在C3和C4离合器内毂打孔(行星排齿圈)，见图10,使润滑油也可从下方进入。

4.3 离合器摩滑功的计算

车辆从原地起步及动力换档过程中，离合器在传递扭短的同时，产生摩滑，最后使主被动系统转速相等。在摩滑过程中，离合器消耗的功称摩滑功。摩滑功是离合器热负荷计算的基础，摩滑功值取决于下列因素：摩擦片的压力，相对转速，换档时间，发动机和变矩器的扭矩变化特性，主被动系统的转动惯量，主被动系统的阻力矩，摩擦副的摩擦系数和表面状态；润滑强度及油的粘度等。

根据表2得到各个构件的数据，计算得到各个构件空转时的最大相对线速度和单位面积的滑摩功率，假设滑摩时间0.8s，计算得到单位面积滑摩功，见表3。从计算结果来看，C3制动器在1档时最大空转滑差接近60m/s，较高，C4和C5换档时的热负荷较大。

根据表2表3数据统计总结如下表4，从表4数据可以得出，造成目前摩擦片C3和C4过热烧结的可能原因：(1)润滑不足；(2)滑摩时间过长或频繁换档导致摩擦片过热。

其中[α]是许用压力角。δmax、δmin的最大可取值区间是[0,180]，由式(12)前2式知α1、α2的最大可取值区间是[-90,90]，由式(13)、式(15)有

5 润滑改进

多片摩擦离合器的面压与离合器扭矩、摩擦副数、摩擦系数、压紧力和作用半径等有关

。

5.1 改进方法1—建议在摩擦片衬面增加过油槽

摩擦衬面沟槽的目的主要有三个：一是润滑作用，保证油流通过摩擦表面，润滑摩擦面；二是冷却作用，保证冷却油流动，通过沟槽，达到冷却摩擦面；三是油流还可以将摩擦表面上磨损下来的磨屑带走，防止摩擦副表面的擦伤。沟槽的形式对于从动摩擦片很重要，在高转速、小动力黏度条件下，从动摩擦片表面沟槽有利于降低带排扭矩；相反，低转速、大动力黏度时从动摩擦片表面沟槽不利于降低带排扭矩；但沟槽对摩擦表面的散热起到非常大的作用，不同的沟槽形式，散热效果不同

。摩擦片表面的沟槽形式有：周向槽、径向槽、周向径向组合槽、方格槽、菱形槽、单向或双向涡旋槽等。目前，摩擦片表面设置径向沟槽，根据该液压离合器衬面材料和使用条件的要求，摩擦片采用了图5纸基摩擦衬面沟槽形式，这种形式加工方便，并能保证足够的冷却油通过。若摩擦片滑膜工况较恶劣，可以考虑再从摩擦片材料和沟槽结构(如Y型或其他复杂结构)改进提升。

从图4可以看出，C3和C4离合器润滑油从左侧进入，再向右流动，保证C3和C4离合器的润滑，摩擦片和钢片上设有专门的沟槽，帮助过油。但是摩擦片和钢片的相对转动，会使沟槽难以对其，致使左侧润滑油难以向右流动，导致离合器右侧摩擦片润滑不足。

因此仅仅在摩擦片衬面增加过沟槽还不够，建议在此基础参照图6美国艾里逊ALLISON类似变速器润滑方案，增加集油装置或油道。

5.2 改进方法2—离合器外毂上打油孔

在Simulation-X软件中搭建流量分配模型：

1)输入大小为2bar的润滑压力；

离合器滑摩功率：

_

=|

×

×9545| (kW)

2)沿程压力损失：通过设置油路孔径和长度，计算润滑油流动时的内、外摩擦力所引起的沿程压力损失；

3)局部压力损失：通过设置弯管的大小计算润滑油的局部压力损失。

4)仿真对比Φ3、Φ2和Φ4、Φ3两组节流孔的流量结果。

主要表现为离合器钢片翘曲、纸基烧结脱落等。如图2所示为该产品试制过程中样机厂内台架试验后，C3、C4离合器的失效图片。

节流孔为Φ3、Φ2时，节流孔的流量大小几乎一致，孔径大小更加合理，建议选取此方案。即堵住原有的润滑油孔，在C3和C4离合器外毂处分别布置5个Φ2的油孔和5个Φ3的油孔，保证摩擦片的润滑，同时，取消掉现有摩擦片和钢片上的打孔过油设计，改进为无油孔设计的完整的摩擦片和钢片。润滑流量的进出走向需进一步分析，防止出现进油顺畅，出油不顺畅，导致憋油现象，带不走产生的热量。

5.3 改进方法3—离合器内毂上打油孔

5) 0—5状态转换。因为系统存在2条输出通道，因而2个通道均出现FDU的原因只能是由于共因失效，其概率为λDUC。

本工作介绍了一种改进型DIC分析技术.基于室内模型试验,结合改进型DIC分析技术,针对静压沉桩过程中桩-土界面土体位移进行了测量和分析,得到以下几点结论.

根据行星轮和齿圈的啮合关系(P1行星排)，齿圈啮合作用的最大半径为117.93mm，那么在齿底位置可打最大孔径为1.5mm。

类似的，P2齿圈啮合作用的最大半径为120.751mm，那么在齿底位置可打最大孔径也为1.5mm。

依据以往经验，油道最小孔径最好不小于2mm。

齿圈上油孔的布置方式：可进行螺旋式布置。

6 控制改进

6.1 3-4换档过程数据分析

由图14中数据可以看出，D3D4换档过程存在小幅的飞车，建议增加飞车的自适应学习；D3D4换档过程时间在600ms左右(偏长)。

6.2 离合器温度估计模型(见图15)

离合器传递的扭矩：

=

2

×(

-

) (Nm)

离合器滑差：

=

×(

-

×

) (rpm)

5)护表方式。采用直径6 mm钢筋网，网格间距80 mm×80 mm，中空注浆锚杆之间采用W钢带连接。

4.摩擦片表面受力均匀、磨损均匀。

离合器产生的热功率:

_

=

_

-

_

(kW)

离合器温升速率:Δ

=

×

_

(℃ /dt)

离合器温度:

(

)=min(max(

(

-1)+Δ

,

),

)

式中：

—离合器的

压力值；

—当前离合器档位滑差对应的档位速比；

—当前离合器滑差与档位滑差的比例系数；

—为离合器基于温差和发动机转速标定的散热功率；

—离合器质量参数；

—离合器比热容系数；

—离合器最大温度限制；

6.3 增加基于离合器滑摩功的变速器换档过程保护控制

1.在当前换档过程中，计算离合器的滑摩功，当离合器的滑摩功大于设定值W

后触发以下控制；

同理，对深圳港水上“巴士”未涉及航线进行经济性估算，并分析是否适合开通水上“巴士”及原因，结果如表4所示.

2.OC离合器压力在原控制的基础上增加上升的斜率ΔP

；

（2）学生在考试之前没有做好足够的准备，造成对试验原理不清楚，在实验课上，仅仅是做一个旁观者，没有动手操作实验。

3.发动机的降扭目标降低至T

。

6.4 基于飞车识别的离合器换档过程自适应控制(见图16)

1.监控换档过程中换档进程信号的最小值δ

；

2.在δ

小于设定值后，通过自适应提高OC离合器的控制压力。

7 结束语

本文针对国内某型号自动液力变速器试制台架试验后离合器失效现象，通过离合器摩擦片表面的材料、面压、摩滑功等的计算，进行了原因分析和改进方案提出，采用参考国际先进相应产品的结构设计合理性分析，在Simulation-X软件中搭建流量分配模型，并改进控制，优化换档元件结构设计，改善摩擦片散热冷却性能，提高离合器工作性能和使用寿命措施，为后续自动液力变速器试制传动系统的设计和优化提供参考。

[1]朱经昌，魏宸官，郑慕桥，等.汽车液力传动(下册)[M].1版.北京：国防工业出版社，1983：163-218.

[2]肖昱. BY2000液力变速器液压离合器与制动器研究[D]. 贵阳: 贵州大学, 2008.

[3]董其慧. 羚羊轿车用液力机械自动变速器研究与开发 [D]. 重庆: 重庆大学, 2006.

[4]陈遥飞. 湿式多片离合器热失效及摩擦特性研究 [D]. 重庆: 重庆大学, 2009.

[5]刘治麟.ZL80装载机液力变矩器设计[D]. 哈尔滨：黑龙江工程学院，2011.

[6]操剑锋. 湿式双离合器自动变速器仿真技术研究 [D]. 长春: 吉林大学, 2007.

[7]赵志强. 湿式双离合器自动变速器建模及仿真分析 [D]. 长沙: 湖南大学, 2009.

[8]邓在标. 湿式双离合器自动变速器设计方法的研究 [D]. 武汉: 华中科技大学, 2007.