一种具有仿生油槽结构的湿式离合器摩擦片的制作方法

本实用新型属车辆离合器摩擦片技术领域，尤其用于重型车辆变速器换挡操作，具体涉及一种具有仿生油槽结构的湿式离合器摩擦片。

背景技术：

1.湿式离合器是指其摩擦片在滑磨过程中，摩擦接触面表现为液体和半液体界面的摩擦。湿式摩擦离合器是保证重型车辆变速器正常工作的核心部件之一，其依靠换挡离合器摩擦片的摩擦力矩或传力元件的刚性结合传递能量，实现输出不同扭矩和转速的目的。摩擦片材料、结构形式、参数是影响湿式离合器性能的重要因素，也是确保湿式摩擦离合器运行高效、可靠、长寿命的重要因素。湿式摩擦离合器的主要失效形式为过热烧毁和翘曲变形，其主要失效原因为局部过热而造成的摩擦片表面热应力集中，因此研究摩擦片表面温升和表面冷却润滑油槽形式是优化湿式离合器摩擦片的任务之一。

2.湿式离合器摩擦副工作于润滑油强制冷却环境中，在驱动轴中设置润滑油道，润滑油通过轴表面的油孔流入摩擦副冷却摩擦片，摩擦片结合时产生的热量一部分由离合器自身吸收，使其温度升高，另一部分被冷却润滑油带走，通过加快摩擦片油槽中润滑油的流动速度能有效提高摩擦片表面冷却效果。

3.目前湿式离合器摩擦片表面一般常见的油槽形式有：径向槽、华夫槽、三向多道平行槽、双向多道平行槽、双圆弧槽、螺旋槽等多种形式，不同的油槽形式摩擦性能和散热效果不同。目前油槽的优化集中在油槽形式、油槽截面形状、倾斜角度等方面，对油槽内部微结构的优化鲜有研究。

4.猪笼草口缘区具有特殊的连续沟槽及楔形斜孔微结构，能够产生毛细楔形效应实现液体的连续单方向搬运，从而保持口缘区的湿滑状态，为本实用新型油槽底部仿生微结构的设计提供了仿生参考，本实用新型通过对猪笼草口缘区微结构的深入研究，抽象出一种多尺度仿生微结构并应用于摩擦片油槽中，利于实现对冷却润滑油的单向输导，加快润滑油流动，增加摩擦片散热。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种具有仿生油槽结构的湿式离合器摩擦片，通过独特的复合油槽形式和在油槽底部设置仿生微结构加快油槽中润滑油的流动速度，增加润滑油与摩擦片之间的对流换热，改善摩擦片表面热应力集中造成的过热和变形等失效情况，综合提高摩擦片的摩擦性能，增加摩擦片的使用寿命。

本实用新型由芯片A、摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C组成，所述芯片A为环状盘形，材料为65Mn，芯片A的外径d₁为160-180mm，内径d₃为110-125mm，厚度t₁为1.5-2mm,芯片A的内圈圆周面设有花键齿3。

摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C材料为烧结铜锡金属或金属粉末冶金，对称固接于芯片A正反两面，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的外径与芯片A外径相同，为160-180mm，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的内径d₂为118-135mm，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C厚度t₂均为0.6-0.8mm。

摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的表面设有油槽D，油槽D的底部设有由导向槽F和仿生单元槽10组成的仿生微结构G。

在油槽D的径向油槽Ⅰ1和径向油槽Ⅱ2的导向槽F中，仿生单元槽10沿直线顺序排列，仿生单元槽10的抛物线顶点指向摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的外圆方向；在油槽D的环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6的导向槽F中，仿生单元槽10沿环状油槽所在圆周向顺序排列，其中仿生单元槽10的抛物线顶点指向摩擦衬片Ⅰ B的逆时针方向、摩擦衬片Ⅱ C的顺时针方向。

所述油槽D包括6个径向油槽Ⅰ1、6个径向油槽Ⅱ2、环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6；环状油槽Ⅰ4的中心圆直径d₄为152-170mm，环状油槽Ⅱ5的中心圆直径d₅为146-164mm，环状油槽Ⅲ6的中心圆直径d₆为136-153mm，6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2在摩擦衬片表面周向间隔均布，径向油槽Ⅰ1和径向油槽Ⅱ2的夹角θ₁为30°。

6个径向油槽Ⅰ1均与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6连通，6个径向油槽Ⅰ1的外端开口与摩擦衬片外圈平齐，6个径向油槽Ⅰ1的内端开口与摩擦衬片的内圈平齐。

6个径向油槽Ⅱ2均与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6连通，6个径向油槽Ⅱ2的外端开口与摩擦衬片外圈平齐。

径向油槽Ⅰ1、径向油槽Ⅱ2、环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6的宽度t₃均为0.99-1.02mm。

所述仿生微结构G由导向槽F和仿生单元槽10组成，其中所述导向槽F设有导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8和导向槽Ⅲ9，导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8、导向槽Ⅲ9截面为圆弧形，圆弧所在圆相切排布，圆的直径d₇为0.33-0.34mm，圆心与导向槽F的槽顶距离t₄为0.3-0.4mm；导向槽Ⅱ8的圆弧与导向槽Ⅰ7和导向槽Ⅲ9的圆弧连接处设有半径R为25um的倒角。

所述仿生单元槽10由轮廓曲线a-b-c-d-e-a绕轴线a-b旋转而成，第一旋转角θ₃为10°-13°，第二旋转角θ₄为90°,轮廓曲线a-b-c-d-e-a由抛物线c-d-e和直线段e-a、a-b、b-c组成，抛物线c-d-e的解析方程为y＝-0.52x²+0.29x，直线段e-a和b-c长度为120um，直线段a-b长度为100um，顶点d到直线段a-b的距离L₁为316um。

导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8和导向槽Ⅲ9的底部圆弧分别均布3排仿生单元槽10，3排仿生单元槽10的间隔角θ₂为37°。

每排两个仿生单元槽10的抛物线顶点间距L₂为130um。

所述油槽D中6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6交错处，环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6被6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2截断，以保证径向油槽的完整性。

所述仿生微结构的加工方法为电解、光刻、激光刻蚀、化学刻蚀、3D打印的一种。

本实用新型的工作过程如下：

在湿式离合器的工况环境下，本实用新型在与其对偶片接合过程中，冷却润滑油经驱动轴表面油孔流入摩擦副，由于旋转离心作用经径向油槽Ⅰ1流入环状油槽，加之油槽底部导向槽F的单向输导作用，冷却润滑油在摩擦衬片表面油槽中快速流动，最后经由径向油槽Ⅰ1和径向油槽Ⅱ流出摩擦副，带走大量摩擦热。复合油槽使冷却润滑油利用率高，热交换充分，且摩擦副摩擦系数较大，综合性能优越。

本实用新型的有益效果在于：

1.油槽底部具有仿猪笼草口缘区微结构的导向槽和仿生单元槽，仿生单元槽在导向槽中阵列分布形成多尺度仿生结构，产生的毛细楔形效应对润滑油形成优异的单向输导作用，有效提高了油槽中润滑油的流动速度，增加润滑油与摩擦片之间的对流换热，显著减少摩擦片的表面温升。

2.径向油槽和环状油槽组合形成独特的复合油槽形式，有利于改善摩擦片表面热应力集中造成的过热和变形等失效情况。冷却润滑油利用率高，热交换充分。摩擦副摩擦系数较大，综合性能优越。

总的来说，两者综合提高了摩擦片的摩擦性能，增加摩擦片的使用寿命。

附图说明

图1为具有仿生油槽结构的湿式离合器摩擦片的主视图

图2为图1中E-E截面视图

图3为图1中a的放大图

图4为油槽截面图

图5为仿生单元槽结构示意图

图6为仿生单元槽俯视图

图7为图6中H-H截面视图

图8为油槽交错处示意图

其中：A芯片 B.摩擦衬片Ⅰ C.摩擦衬片Ⅱ D.油槽 F.导向槽 1.径向油槽Ⅰ 2.径向油槽Ⅱ 3.花键齿 4.环状油槽Ⅰ 5.环状油槽Ⅱ 6.环状油槽Ⅲ 7.导向槽Ⅰ 8.导向槽Ⅱ 9.导向槽Ⅲ 10.仿生单元槽

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步分析。

如图1、图2所示，本实用新型由芯片A、摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C组成，所述芯片A为环状盘形，材料为65Mn，芯片A的外径d₁为160-180mm，内径d₃为110-125mm，厚度t₁为1.5-2mm,芯片A的内圈圆周面设有花键齿3；摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C)材料为烧结铜锡金属或金属粉末冶金，对称固接于芯片A正反两面，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的外径与芯片A外径相同，为160-180mm，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的内径d₂为118-135mm，摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C厚度t₂均为0.6-0.8mm；摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的表面设有油槽D，油槽D的底部设有由导向槽F和仿生单元槽10组成的仿生微结构G；在油槽D的径向油槽Ⅰ1和径向油槽Ⅱ2的导向槽F中，仿生单元槽10沿直线顺序排列，仿生单元槽10的抛物线顶点指向摩擦衬片Ⅰ B和摩擦衬片Ⅱ C的外圆方向；在油槽D的环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6的导向槽F中，仿生单元槽10沿环状油槽所在圆周向顺序排列，其中仿生单元槽10的抛物线顶点指向摩擦衬片Ⅰ B的逆时针方向、摩擦衬片Ⅱ C的顺时针方向。

如图1、图4所示，油槽D包括6个径向油槽Ⅰ1、6个径向油槽Ⅱ2、环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6；环状油槽Ⅰ4的中心圆直径d₄为152-170mm，环状油槽Ⅱ5的中心圆直径d₅为146-164mm，环状油槽Ⅲ6的中心圆直径d₆为136-153mm，6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2在摩擦衬片表面周向间隔均布，径向油槽Ⅰ1和径向油槽Ⅱ2的夹角θ₁为30°，6个径向油槽Ⅰ1均与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6连通，6个径向油槽Ⅰ1的外端开口与摩擦衬片外圈平齐，6个径向油槽Ⅰ1的内端开口与摩擦衬片的内圈平齐；6个径向油槽Ⅱ2均与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6连通，6个径向油槽Ⅱ2的外端开口与摩擦衬片外圈平齐；径向油槽Ⅰ1、径向油槽Ⅱ2、环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6的宽度t₃均为0.99-1.02mm。

如图3、图4所示，仿生微结构G由导向槽F和仿生单元槽10组成，其中导向槽F设有导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8和导向槽Ⅲ9，导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8、导向槽Ⅲ9截面为圆弧形，圆弧所在圆相切排布，圆的直径d₇为0.33-0.34mm，圆心与导向槽F的槽顶距离t₄为0.3-0.4mm，导向槽Ⅱ8的圆弧与导向槽Ⅰ7和导向槽Ⅲ9的圆弧连接处设有半径R为25um的倒角；

如图6、图7所示，仿生单元槽10由轮廓曲线a-b-c-d-e-a绕轴线a-b旋转而成，第一旋转角θ₃为10°-13°，第二旋转角θ₄为90°,轮廓曲线a-b-c-d-e-a由抛物线c-d-e和直线段e-a、a-b、b-c组成，抛物线c-d-e的解析方程为y＝-0.52x²+0.29x，直线段e-a和b-c长度为120um，直线段a-b长度为100um，顶点d到直线段a-b的距离L₁为316um。

如图4、图8所示，导向槽Ⅰ7、导向槽Ⅱ8和导向槽Ⅲ9的底部圆弧分别均布3排仿生单元槽10，3排仿生单元槽10的间隔角θ₂为37°；每排两个仿生单元槽10的抛物线顶点间距L₂为130um。

如图8所示，油槽D中6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2与环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6交错处，环状油槽Ⅰ4、环状油槽Ⅱ5和环状油槽Ⅲ6被6个径向油槽Ⅰ1和6个径向油槽Ⅱ2截断，保证径向油槽的完整性。