一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法技术

本发明专利技术公开了一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，首先分析摩擦片的结构形式，获得内外径范围和沟槽参数和材料参数，将摩擦片进行环带划分。以环带中心线所在位置为基准，计算环带的平均半径。然后确定摩擦片的使用工况，通过三维建模和有限元分析，获取不同环带上的实际接触面积和摩擦片的面压分布结果。计算获取不同环带的载荷系数n。再次根据介观尺度实验数据所获得的速度能量系数的值，选取各个环带对应的速度能量系数的值通过滑动摩擦系数计算公式，获得各个环带的摩擦系数的值。最后计算获得各个环带的摩擦扭矩，从而叠加获取摩擦片总扭矩进而获得摩擦片的平均摩擦系数。本发明专利技术能够获取更加精确的预测多带积分盘式摩擦副的摩擦性能。

【技术实现步骤摘要】
一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法
本专利技术属于摩擦磨损与润滑方面摩擦副摩擦性能预测
，具体涉及一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法。
技术介绍
摩擦元件广泛存在于车辆离合器、制动器等基础部件中，摩擦元件性能的好坏直接影响离合器、制动器的性能指标。摩擦特性研究一直是研究的热点，而其中摩擦系数的预测一直是摩擦磨损和润滑领域的核心问题。能否更精确地预测摩擦副的摩擦系数关系到摩擦片各项性能是否能按照设计意图实现。随着高能量密度摩擦元件的大量使用，Cu基材料、Fe基材料以及纸基材料的摩擦片的应用已经成为了趋势。但是由于摩擦副结构、材料的复杂性等原因，摩擦系数的计算方法一直存在依靠经验公式、计算过于粗略以及结构适应性差等问题。比如：摩擦片往往由于其使用结构的影响使得摩擦片的受力存在不均匀的现象，对于一般的车辆离合器，往往采用中心油缸加载的方式，致使摩擦片内圈受力较大，外圈受力较小；另外由于外圈线速度较高，内圈线速度较低等原因，根据Stribeck理论，摩擦系数在不同的边界条件下(速度、压力不同)致使摩擦特性(摩擦系数)也有所不同。在现在的摩擦系数计算过程中并没有考虑这些因素造成的影响。这就造成了摩擦系数预测的失真，摩擦系数计算偏差会使设计者在一个偏差较大的摩擦系数上计算离合器和制动器的摩擦扭矩，所带来的后果是使摩擦元件设计出现偏差，影响摩擦元件的使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：是为了解决现有摩擦系数预测技术中存在的边界条件不精确所造成的摩擦系数计算精度差的问题，提供一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，该方法有效的解决了当前摩擦副在不同结构、材料影响下边界条件复杂性所带来的摩擦系数预测困难的问题，其优点在于在通过划定等速环带和有限元结构加载分析，实现了摩擦副速度边界和压力边界的精确界定，用实验抽取的方法提出速度能量系数对于摩擦系数计算的影响，在确定了摩擦系数的同时，为摩擦副精确设计提供了计算依据。本专利技术采用的技术方案为：一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，实现步骤如下：步骤一、分析摩擦片的结构形式，获取摩擦片的主要结构参数、沟槽参数和材料参数，包括：摩擦片内直径D1、外直径D2、摩擦层厚度h和摩擦片厚度H；摩擦片沟槽参数：包括：沟槽宽度B，深度L，螺距β等；材料参数包括：摩擦片材料的弹性模量E。步骤二、根据步骤一获得内外径范围，以2～3mm为一个环带，将摩擦片进行环带划分。从外到内定义编号，并认为同一个环带的滑动线速度相同，以环带中心线所在位置为基准，计算环带的平均半径。步骤三、确定摩擦片的使用工况，主要获取参数为：摩擦片转速r和摩擦片面压p。通过步骤二获得的平均半径为计算依据，计算各个环带的平均线速度，作为表征该环带的表征速度。步骤四、在步骤一获得的各项参数的基础上通过PROE三维建模软件，建立摩擦片三维实体模型，将实体模型按照各个环带的边界范围建立辅助圆柱面，通过软件自带的面积拾取工具，计算获取不同环带上的实际接触面积。步骤五、在步骤四基础上，根据摩擦副加压结构建立有限元分析模型，带入步骤一获得摩擦片弹性模量E，通过模拟加载获得加载盘对于摩擦片的面压分布结果。通过拾取不同环带中位线上的任意三点的面压平均值，计算获取不同环带的载荷系数n。通过微凸体计算一般关系式，计算实际面压与载荷系数的关系。步骤六、根据介观尺度实验数据所获得的速度能量系数的值，对应步骤三中计算的线速度值和步骤五中的实际面压值，选取各个环带对应的速度能量系数的值。步骤七、将步骤五计算获得的载荷系数关系，以及步骤六中选取的速度能量系数的值带入基于微凸体模型的滑动摩擦系数计算公式中，计算获得各个环带的摩擦系数的值。步骤八、根据等效半径计算公式，计算摩擦片的等效半径。将各个环带计算获得的摩擦系数值与步骤四中获取的环带接触面积作为计算依据，计算获得各个环带的摩擦扭矩，将各个环带扭矩叠加，计算获得摩擦片整体的摩擦扭矩，然后根据获得的等效半径的值，计算整个摩擦片的平均摩擦系数。利用平均摩擦系数预测摩擦片的摩擦性能，并指导多带积分盘式摩擦副的设计与应用。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术采用等速环带分别计算然后将其进行累加积分，通过离散化的思想将盘式摩擦副内外径线速度的差异所造成的摩擦系数的变化涵盖到计算当中，同时通过有限元分析方法精确获得盘式摩擦片的压力分布特征，为摩擦系数的精确计算提供了精确边界条件，相比传统计算方法考虑更加全面，计算更加精确。(2)本专利技术提出了通过试验抽取法，反推出表征摩擦的特性参数——速度能量系数，这种方法相比传统的经验公式参数的人为赋值更加具有说服性和应用性。附图说明图1为本专利技术方法实现流程图；图2为本专利技术沟槽形式及尺寸分析，其中，图2(a)为本专利技术多带积分盘式摩擦副工作部分剖截面特征标定示意图，图2(b)为本专利技术多带积分盘式摩擦副工作平面特征标定示意；图3为本专利技术中的环带划分方法；图4为本专利技术中摩擦片三维模型示意图；图5为本专利技术摩擦片压力分布有限元仿真云图；图6为本专利技术微凸体模型示意图；图7为本专利技术速度能量系数曲面。具体实施方式下面结合附图对本专利技术方法的实施方式做详细说明。如图1所示，本专利技术一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，具体实现过程如下：步骤一、分析摩擦片的结构形式，本专利技术主要针对盘式摩擦片，通常摩擦片表面会有沟槽，沟槽的作用是帮助润滑油更好的进行表面润滑。获取摩擦片的主要结构参数、沟槽参数和材料参数等，包括：摩擦片内直径D1、外直径D2、摩擦层厚度h和摩擦片厚度H；摩擦片沟槽参数：包括：沟槽宽度B，深度L，螺距β等；材料参数包括：摩擦片材料的弹性模量E。步骤二、根据步骤一获得内外径范围，以2～3mm为一个环带，将摩擦片进行环带划分。设摩擦片的内半径为r1，外半径为r2，则环带数C＝(r2-r1)/(2或者3)。然后从外到内定义环带的编号，由于环带宽度较小，所以认为同一个环带的滑动线速度相同，以环带中心线所在位置为基准，计算环带的平均半径，其计算方法为：rip＝(ri2-ri1)/2，其中i表示第i个环带。步骤三、确定摩擦片的使用工况，主要获取参数为：摩擦片转速r和摩擦片面压p。摩擦片面压p是指外载荷与接触面积的比。通过步骤二获得的平均半径为计算依据，计算各个环带的平均线速度，作为表征该环带的表征速度。其计算过程为：vi＝ω*rip，ω为摩擦片的角速度。步骤四、在步骤一获得的各项参数的基础上通过PROE三维建模软件，建立摩擦片三维实体模型，包括摩擦片的基体材料。摩擦材料和沟槽结构，以及摩擦片的支撑结构。将实体模型按照各个环带的边界范围，即各个环带的内外径建立辅助圆柱面，通过选取两个辅助圆柱面之间的摩擦副接触表面积，通过软件自带的面积拾取工具能够计算出不同环带上的实际接触面积。步骤五、在步骤四基础上，根据摩擦副加压结构建立有限元分析模型，带入步骤一获得摩擦片弹性模量E，通过模拟加载获得加载盘对于摩擦片的面压分布结果。获得计算结果云图，取表面压应力作为表面压力。通过拾取不同环带中位线上的任意三点的面压平均值，计算获取不同环带的载荷系数n，其计算过程为：n*W/2R＝0.2*(1-P/10)。W/2R一般取0.2，所以载荷系数与接触压力有关。由于加载结构的影响不同环带的接触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：步骤一、分析摩擦片的结构形式，获取摩擦片的主要结构参数、沟槽参数和材料参数，包括：摩擦片内直径D1、外直径D2、摩擦层厚度h和摩擦片厚度H；摩擦片沟槽参数：包括：沟槽宽度B，深度L，螺距β等；材料参数包括：摩擦片材料的弹性模量E；步骤二、根据步骤一获得内外径范围，以2～3mm为一个环带，将摩擦片进行环带划分，从外到内定义编号，并认为同一个环带的滑动线速度相同，以环带中心线所在位置为基准，计算环带的平均半径；步骤三、确定摩擦片的使用工况，主要获取参数为：摩擦片转速r和摩擦片面压p，通过步骤二获得的平均半径为计算依据，计算各个环带的平均线速度，作为表征该环带的表征速度；步骤四、在步骤一获得的各项参数的基础上通过PROE三维建模软件，建立摩擦片三维实体模型，将实体模型按照各个环带的边界范围建立辅助圆柱面，通过软件自带的面积拾取工具，计算获取不同环带上的实际接触面积；步骤五、在步骤四基础上，根据摩擦副加压结构建立有限元分析模型，带入步骤一获得摩擦片弹性模量E，通过模拟加载获得加载盘对于摩擦片的面压分布结果，通过拾取不同环带中位线上的任意三点的面压平均值，计算获取不同环带的载荷系数n，通过微凸体计算一般关系式，计算实际面压与载荷系数的关系；步骤六、根据介观尺度实验数据所获得的速度能量系数的值，对应步骤三中计算的线速度值和步骤五中的实际面压值，选取各个环带对应的速度能量系数的值；步骤七、将步骤五计算获得的载荷系数关系，以及步骤六中选取的速度能量系数的值带入基于微凸体模型的滑动摩擦系数计算公式中，计算获得各个环带的摩擦系数的值；步骤八、根据等效半径计算公式，计算摩擦片的等效半径，将各个环带计算获得的摩擦系数值与步骤四中获取的环带接触面积作为计算依据，计算获得各个环带的摩擦扭矩，将各个环带扭矩叠加，计算获得摩擦片整体的摩擦扭矩，然后根据获得的等效半径的值，计算整个摩擦片的平均摩擦系数，利用平均摩擦系数预测摩擦片的摩擦性能，并指导多带积分盘式摩擦副的设计与应用。...

【技术特征摘要】
1.一种多带积分盘式摩擦副摩擦性能预测方法，其特征在于，该方法实现步骤如下：步骤一、分析摩擦片的结构形式，获取摩擦片的主要结构参数、沟槽参数和材料参数，包括：摩擦片内直径D1、外直径D2、摩擦层厚度h和摩擦片厚度H；摩擦片沟槽参数：包括：沟槽宽度B，深度L，螺距β等；材料参数包括：摩擦片材料的弹性模量E；步骤二、根据步骤一获得内外径范围，以2～3mm为一个环带，将摩擦片进行环带划分，从外到内定义编号，并认为同一个环带的滑动线速度相同，以环带中心线所在位置为基准，计算环带的平均半径；步骤三、确定摩擦片的使用工况，主要获取参数为：摩擦片转速r和摩擦片面压p，通过步骤二获得的平均半径为计算依据，计算各个环带的平均线速度，作为表征该环带的表征速度；步骤四、在步骤一获得的各项参数的基础上通过PROE三维建模软件，建立摩擦片三维实体模型，将实体模型按照各个环带的边界范围建立辅助圆柱面，通过软件自带的面积拾取工具，计算获取不同环带上的实际接触面积；步骤五、在步骤四基础上，根据摩擦副加压结构建立有限元分析模型，带入步骤一获得摩擦片弹性模量E，通过模拟加载获得加载盘对于摩擦片的面压分布结果，通过拾取不同环带中位线上的任意三点的面压平均值，计算获取不同环带的载荷系数n，通过微凸体计算一般关系式，计算实际面压与载荷系数的关系；步骤六、根据介观尺度实验数据所获得的速度能量系数的值，对应步骤三中计算的线速度值和步骤五中的实际面压值，选取各个环带对应的速度能量系数的值；步骤七、将步骤五计算获得的载荷系数关系，以及步骤六中选取的速度能量系数的值带入基于微凸体模型的滑动摩擦系数计算公式中，计算获得各个环带的摩擦系数的值；步骤八、根据等效半径计算公式，计算摩擦片的等效半径，将各个环带计算获得的摩擦系数值与步骤四中获取的环带接触面积作为计算依据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王延忠，贾树王，郭超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11