摩擦离合器传动系统非线性特性建模方法研究

发布时间：2020-09-03 21:23

　　摩擦离合器作为传递和中断传动系统动力的典型部件,在汽车传动系统中得到了广泛的使用。它结构简单、传递的转矩容量大、功率损耗少、成本低。为了能够研究和分析离合器对传动系统NVH性能的影响,本文针对离合器的非线性特性建立相关模型。在此基础上针对汽车传动系统一些NVH问题,离合器踏板舒适性以及离合器隔振性能等相关问题展开理论研究和试验分析。现将这些工作归纳如下:(1)论述了膜片弹簧和波形片轴向刚度的非线性特性。对离合器轴向刚度进行了理论建模和有限元建模。设计台架试验,通过试验验证模型的准确性。研究了膜片弹簧工作点位置和波形片轴向压缩量,力-位移特性曲线曲率对离合器力-位移特性的影响。分析了离合器轴向刚度特性对踏板力-位移特性的影响。搭建离合器踏板特性试验台,测试踏板力-位移特性。针对一款踏板力存在问题的产品,提出改进方案,利用试验验证方案的可行性。(2)研究了离合器扭转减振器扭转刚度和干摩擦阻力矩的多级分段线性,阶跃特性的产生机理。建立包含双曲正切函数的分段线性模型来表征离合器的静态扭转特性,并设计试验进行验证。在怠速工况下,变速箱内空载齿轮副产生敲击现象往往是由于离合器不能衰减来自发动机的扭振所引起的。建立包含离合器静态扭转特性的传动系统动力学模型,计算出空载啮合齿轮副的动态响应。分析离合器扭转特性对敲击的影响。提出避免传动系统怠速敲齿离合器的一般性设计原则。依据此原则对一款存在怠速敲齿现象的汽车所安装的离合器进行改进并进行了整车验证。阐述了起步抖动和耸车的产生机理。利用离合器轴向刚度的有限元模型,建立了包含离合器压紧力的非线性特性的传动系统动力学模型。研究了离合器非线性特性对起步抖动和耸车振动的影响。设计并进行了整车试验,对比了仿真与试验的结果并提出了改进方案。(3)研究了离合器扭转静、动态特性的差异。设计了离合器扭转减振器动态特性试验,通过动刚度和滞后角表征扭转减振器的动态特性。建立离合器扭转动态模型,进行了固有频率试验和计算,验证了模型的正确性。利用该模型对多款离合器扭转减振器动态特性进行建模计算,验证了模型的通用性。(4)开展了离合器的隔振性能的研究和相关试验台的设计与搭建工作。排除外界干扰因素,在台架上实现离合器隔振性能的测试。建立了考虑离合器动态扭转特性的试验台动力学模型,仿真计算得到了离合器的隔振率,并与试验结果进行了对比。本文的建模与分析方法对离合器的正向开发设计有一定的指导意义。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.2
【部分图文】：

汽车传动系统,摩擦离合器,动力传动系统,前置

第一章绪论1.1 课题研究背景和意义随着我国汽车市场的持续发展，消费群体趋于多元化。越来越多的人在购车时，把汽车 NVH（Noise,Vibration and Harshness）性能作为重要指标。汽车传动系统的动力学特性对汽车的 NVH 性能有很大的影响。与车辆传动系相关的 NVH 问题主要为中低频振动现象和频率在 20～16 000 Hz 范围内的噪声现象[1]。按照前置前驱车辆传动系大致的拓扑结构、振动噪声的类别及特征频率范围，将发动机、传动系及制动器处一些主要的振动、噪声现象整理见图 1-1[1]。从图中可以看出，离合器自身的抖动，发动机二阶激励，变速箱内齿轮拍击等 NVH 问题都可以通过离合器设计参数的调整，与发动机和变速器良好的匹配来实现控制。在离合器产品设计开发初期，与传动系统的相关匹配仿真及试验研究就显得尤为重要。

波形,位移特性,试验台,波形

(b) 试验现场图 2-4 波形片力-位移特性试验台1.力-位移传感器 2.摩擦片 3.波形片 4.固定工装 5.加紧工装0.0 0.2 0.4 0.6 0.801000200030004000500060007000力(N)位移(mm)图 2-5 波形片力-位移特性测试结果验台结构见图 2-6。将离合器总成水平放置在工位表面，轴心与试验台。支撑环固定，作为支点。作动端向膜片弹簧小端施加压力，至离合器

力-位移曲线,膜片弹簧,压盘,波形

第二章离合器离合器轴向刚度非线性特性建模方法研究3 4 5 6 7 8无波形片有波形片分离位移(mm)0 1 2 3 4 50.00.51.01.5压盘位移(mm)无波形片有波形片分离位移(mmZ合器分离力-分离位移曲线 b) 有无波形片时的压盘 2-7 有无波形片时的离合器分离力-分离位移曲线和压盘位移

【参考文献】