利用非傅里叶分析高线速离合器摩擦副热弹耦合振动特性

This project is to study Vice thermoelastic coupling characteristics andnonlinear vibration characteristics of high-power vehicle transmission wire-speed clutch.Study on friction Vice thermoelastic coupling mechanism in condition of high temperature and pressure with the mathod of non-Fourier.In order to obtain effective control methods and measures of friction Vice thermoelastic coupling vibration,it's characteristics are analysied in high-speed with vibration test of thermoelastic coupling .Through this technical research ,the coupling relationship between temperature and stress field of friction system on fast-moving condition and vibration problem caused by thermoelastic deformation. It has an important role in guiding further research and design of the friction system and provides a strong theoretical basis and technical support to develop model projects of high-power and high-speed heavy vehicle driveline friction components.

本项目主要是研究大功率车辆传动高线速离合器摩擦副热弹耦合特性及其非线性振动特性的问题。应用非傅里叶分析方法，深入开展高温高压条件下摩擦副热弹耦合机理研究，并结合热弹耦合振动试验研究，来分析高速下，摩擦副热弹耦合特性及振动特性，以获得能够对摩擦副热弹耦合振动进行有效控制的方法和措施。通过本项技术研究，能够解决在内热源快速移动条件下，摩擦系统温度场和应力场之间的耦合关系以及热弹变形引起的摩擦元件振动问题，对摩擦系统的进一步深入研究与设计具有建设性指导意义，为未来我国大功率高速重载车辆传动系统摩擦元件的型号项目研制提供有力的理论依据和技术支撑。

本项目针对大功率车辆传动离合器摩擦副在高线速情况下，在结合分离过程中会产生大量的热，引起温度快速升高,出现高热区和变形，并且引起振动（主要是轴向振动），严重影响摩擦元件及相关零部件的性能和可靠性这一问题，重点研究了摩擦副在滑摩过程中摩擦层传热规律、摩擦副的非傅里叶热传导模型，和轴向振动数学模型，重点参数对热传导和振动特性的影响，以及实验测试对仿真模型的验证。取得的主要结论有：（1）分析了摩擦层的传热规律，在摩擦副的热传导模型中考虑热流矢量的传播和温度梯度形成存在时间延迟，建立了摩擦片的非傅里叶热传导模型，利用有限元求解，得到结合过程中摩擦片的温度以及温度沿径向、轴向以及结合时间的分布规律以及摩擦表面的温度与接触压力、相对转速，结合时间以及松弛时间等因素之间的关系。（2）对不同转速、不同压力的条件下，进行了摩擦副结合分离过程中问的温度测试试验，研究了摩擦副的温度分布规律，验证了仿真模型的准确性。（3）通过对摩擦副表面结构特征和接触力学等理论的应用，从微观力学角度出发，建立了微观法向单元接触数学模型，并通过微观和宏观间的转化关系，获得了摩擦副宏观法向接触数学模型，揭示了摩擦副摩滑过程法向接触机理，建立了轴向振动数学模型，研究了结构曲率半径参数的动态特性，获得了不同结构曲率半径对轴向振动特性的影响规律，研究了摩擦系数的动态特性，获得了不同摩擦系数对轴向振动特性的影响规律。（4）对不同转速、不同压力、不同润滑油量条件下，进行了摩擦副结合分离过程轴向振动实验测试，研究了轴向振动特性，验证了仿真模型的准确性；（5）针对振动特性仿真分析结果，提出了有效改善轴向振动的控制方法。得出了一些具有工程设计指导意义的研究成果，为未来新一代高功率密度、高可靠性传动系统离合器摩擦副动态设计提供了理论支撑。