一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法与流程

本发明属于变速器技术领域，具体是涉及一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法。

背景技术：

汽车变速器离合器是一种高精密零件，其中离合器摩擦片和钢片之间的轴向和径向公差会直接影响到汽车工作时扭矩的传递，间接影响到汽车动力性能和制动性能。然而，传统技术上很难找到一种行之有效的涉及到具体的零件和结构模型的公差计算方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法，以模拟摩擦片和钢片在不同档位工况和极端道路工况下的公差分布。

为达到上述目的，本发明提供了一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法，包括以下步骤：

s1、定义测量对象；

s2、在三维公差分析软件中建立变速器离合器摩擦片公差虚拟装配模型，且将总装配的公差要求分配给各个子装配，将子装配的公差要求再分配给各个零件，将各个零件按照工艺装配顺序依次加载到总装配模型中；

s3、定义零件约束模型，同时考虑各配合尺寸的直线度、圆度、平行度、垂直度、同轴度等形位公差；

s4、计算因温度和受力引起的系统变形，同时考虑工厂加工能力和过程控制能力，得出被测量对象的极值公差和汽车行业普遍遵循的正态公差分布；

s5、判断被测量对象的公差是否满足设计要求，如果不满足要求，则需根据单个零件对总成公差的贡献度和敏感度参数，优化设计目标公差。

更进一步，所述步骤s4中因温度和受力引起的系统变形的计算方法如下：

1)建立湿式双离合变速器离合器变形分析模型，该模型包含外离合器壳体输入端、外离合器壳体输出端、外离合器摩擦片、外离合器钢片、外离合器钢片支撑、内离合器输出端、内离合器钢片、内离合器摩擦片、内离合器支撑、支撑轴、活塞及其支撑等；

2)根据离合器工作状态定义各个零件之间力的传递方式，并在离合器输入端加载扭矩，在离合器总成输出端加载负载；

3)采用有限元方法计算得出离合器摩擦片和钢片因受力在不同档位下的变形量；

4)将离合器摩擦片和钢片的温度加载到离合器变形分析模型中，得出离合器摩擦片和钢片因温度在不同档位下的变形量；

5)将因受力导致的变形和因受材料热膨胀导致的变形线性叠加起来修正公差尺寸。

更进一步，所述步骤4)中离合器摩擦片和钢片的温度的计算方法如下：

a、建立湿式双离合变速器系统模型，将包括离合器摩擦功、变速器系统功率损失及各种零件功率损失在内的系统热源传递到变速器系统，即变速器系统总功率损失可按如下公式计算：

ptrans＝pclutch+plossccp+pv+plosscap

式中，ptrans为变速器系统总功率损失；

pclutch为离合器摩擦功；

plossccp为离合器冷却泵功率损失；

pv为变速器系统机械功率损失；

plosscap为离合器执行泵功率损失。

b、在步骤a中，

(1)离合器摩擦功可按如下公式计算：

pclutch＝ttqmax·wdiff

式中，ttqmax为离合器结合过程摩擦转矩；

wdiff为发动机和离合器转速差。

(2)离合器冷却泵功率损失可按如下公式计算：

式中，qccp为离合器冷却泵流量，根据经验自定义；

p1-90和p2-90分别为试验修正系数。

(3)假定此发明中变速器系统机械功率损失包括齿轮啮合损失、齿轮润滑损失、轴承摩擦损失、同步器损失、油封损失等，则变速器系统机械功率损失可按如下公式计算：

pv＝pz+pz0+pl+pl0+pvs+pvr+pvx

式中，pz为与载荷相关的齿轮功率损失；

pz0为与转速相关的齿轮功率损失；

pl为与载荷相关的轴承功率损失；

pl0为与转速相关的轴承功率损失；

pvs为油封功率损失；

pvr为同步器功率损失；

pvx为其他零件功率损失；

以上各功率损失根据bsiso-tr14179-1标准计算得到。

(4)离合器执行泵功率损失定义为在不同温度下的二维数组，通过查询试验数据表即可得到，具体如下：

kl_pump_power_loss.k1_80.x＝[5105075100150200]；

kl_pump_power_loss.k1_80.v＝[7.037.4611.0613.5016.0821.6527.75]；

kl_pump_power_loss.k1_40.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k1_40.v＝[7.487.9511.9414.6617.5523.8330.73]；

kl_pump_power_loss.k2_80.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k2_80.v＝kl_pump_power_loss.k1_80.v；

kl_pump_power_loss.k2_40.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k2_40.v＝kl_pump_power_loss.k1_40.v。

c、假设变速器系统热量总耗散主要是由离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流换热、汽车外部自然对流、变速器热辐射及变速器组件热传导来完成的，则：

(1)离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流散热功率可按如下公式计算：

pcooler＝cp_cooler·(tsumpoil-tcoolantwater)

式中，pcooler为离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流散热功率；

cp_cooler为离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水换热性能综合系数，根据试验获得；

tsumpoil为离合器冷却泵润滑油入口温度，根据经验自定义；

tcoolantwater为发动机冷却水入口温度，由客户定义。

(2)汽车外部自然对流散热功率可按如下公式计算：

pconvection＝hconvection·atran·tdiff

式中，pconvection为汽车外部自然对流散热功率；

hconvection汽车外部自然对流换热系数；

atran为变速器与空气接触的表面积，根据三维软件模拟得出；

tdiff为变速器壳体和空气温度差。

(3)变速器热辐射功率可根据斯忒藩-玻尔兹曼定律计算：

式中，pradiation为变速器壳体对空气的热辐射功率；

atran为变速器与空气接触的表面积，根据三维软件模拟得出；

ε为光谱发射率，根据材料的表面工艺和性能得出；

δ为斯忒藩-玻尔兹曼常量；

t1为变速器壳体温度，根据经验自定义；

t2为空气温度，根据经验自定义。

(4)假设变速器系统损失热量、离合器冷却泵损失热量和离合器执行泵损失热量均被变速器金属构件和变速器油底壳油所吸收，则变速器组件热传导功率可按如下公式计算：

pcond＝(moil·cpoil+msteel·cpsteel+mal·cpal+mplastic·cpplastic)·δtoil

式中，pcond为变速器金属构件总体吸收的热量；

moil为油底壳油的总质量，根据经验自定义；

cpoil为油底壳油的比热容，根据润滑油牌号、等级等确定；

msteel为变速器总成钢的总质量，根据经验获得；

cpsteel变速器总成钢的比热容，根据钢的牌号、等级等确定；

mal为变速器总成铝合金的总质量，根据经验获得；

cpal为变速器总成铝合金的比热容，根据铝合金的牌号、等级等确定；

mplastic为变速器总成塑料的总重量，根据经验获得；

cpplastic为变速器总成塑料的比热容，根据塑料的牌号、等级等确定；

δtoil为变速器油底壳油的温升。

d、根据变速器系统总功率损失等于变速器系统热量总耗散，计算得出离合器摩擦片和钢片的温度。

本发明的有益效果是：通过建立总体分析框架，将受外力引起的系统变形、因高温引起的系统变形和系统名义尺寸公差系统综合地考虑，同时根据变速器系统总功率损失等于热量总耗散这一能量守恒定律，最终得到湿式双离合变速器离合器摩擦片和钢片在不同档位工况和极端道路工况下的公差分布，从而为离合器的设计和应用提供可靠的数据依据，进而有效地提高汽车动力性能和制动性能。

附图说明

图1为本发明一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法的分析流程图；

图2为汽车外部自然对流散热功率系数和车速的关系图。

具体实施方式

下面结合附图和优选实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示为本发明一种湿式双离合变速器离合器摩擦片公差分析方法的分析流程图，由此可知，该公差分析方法包括以下步骤：

s1、定义测量对象。

s2、在三维公差分析软件中建立变速器离合器摩擦片公差虚拟装配模型，且将总装配的公差要求分配给各个子装配，将子装配的公差要求再分配给各个零件，将各个零件按照工艺装配顺序依次加载到总装配模型中。

s3、定义零件约束模型，同时考虑各配合尺寸的直线度、圆度、平行度、垂直度、同轴度等形位公差。

s4、计算因温度和受力引起的系统变形，同时考虑工厂加工能力和过程控制能力，得出被测量对象的极值公差和汽车行业普遍遵循的正态公差分布。

其中，因温度和受力引起的系统变形的计算方法如下：

1)建立湿式双离合变速器离合器变形分析模型，该模型包含外离合器壳体输入端、外离合器壳体输出端、外离合器摩擦片、外离合器钢片、外离合器钢片支撑、内离合器输出端、内离合器钢片、内离合器摩擦片、内离合器支撑、支撑轴、活塞及其支撑等；同时，将外离合器壳体输入端和外支撑建立“绑定”关系；离合器摩擦片和钢片建立“接触”关系；外离合器输出轴齿毂和输出轴建立“接触”关系；内离合器钢片支撑和外离合器支撑建立“绑定”关系；

2)根据离合器工作状态定义各个零件之间力的传递方式，并在离合器输入端加载扭矩，在离合器总成输出端加载负载；

3)采用有限元方法计算得出离合器摩擦片和钢片因受力在不同档位下的变形量；

4)将离合器摩擦片和钢片的温度加载到离合器变形分析模型中，得出离合器摩擦片和钢片因温度在不同档位下的变形量；

5)将因受力导致的变形和因受材料热膨胀导致的变形线性叠加起来修正公差尺寸。

更进一步，上述步骤4)中离合器摩擦片和钢片的温度的计算方法如下：

a、建立湿式双离合变速器系统模型，将包括离合器摩擦功、变速器系统功率损失及各种零件功率损失在内的系统热源传递到变速器系统，即变速器系统总功率损失可按如下公式计算：

ptrans＝pclutch+plossccp+pv+plosscap

式中，ptrans为变速器系统总功率损失；

pclutch为离合器摩擦功；

plossccp为离合器冷却泵功率损失；

pv为变速器系统机械功率损失；

plosscap为离合器执行泵功率损失。

b、在步骤a中，

(1)离合器摩擦功可按如下公式计算：

pclutch＝ttqmax·wdiff

式中，ttqmax为离合器结合过程摩擦转矩；

wdiff为发动机和离合器转速差。

(2)离合器冷却泵功率损失可按如下公式计算：

式中，qccp为离合器冷却泵流量，根据经验自定义；

p1-90和p2-90分别为试验修正系数。

(3)假定此发明中变速器系统机械功率损失包括齿轮啮合损失、齿轮润滑损失、轴承摩擦损失、同步器损失、油封损失等，则变速器系统机械功率损失可按如下公式计算：

pv＝pz+pz0+pl+pl0+pvs+pvr+pvx

式中，pz为与载荷相关的齿轮功率损失；

pz0为与转速相关的齿轮功率损失；

pl为与载荷相关的轴承功率损失；

pl0为与转速相关的轴承功率损失；

pvs为油封功率损失；

pvr为同步器功率损失；

pvx为其他零件功率损失；

以上各功率损失根据bsiso-tr14179-1标准计算得到。

(4)离合器执行泵功率损失定义为在不同温度下的二维数组，通过查询试验数据表即可得到，具体如下：

kl_pump_power_loss.k1_80.x＝[5105075100150200]；

kl_pump_power_loss.k1_80.v＝[7.037.4611.0613.5016.0821.6527.75]；

kl_pump_power_loss.k1_40.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k1_40.v＝[7.487.9511.9414.6617.5523.8330.73]；

kl_pump_power_loss.k2_80.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k2_80.v＝kl_pump_power_loss.k1_80.v；

kl_pump_power_loss.k2_40.x＝kl_pump_power_loss.k1_80.x；

kl_pump_power_loss.k2_40.v＝kl_pump_power_loss.k1_40.v。

c、假设变速器系统热量总耗散主要是由离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流换热、汽车外部自然对流、变速器热辐射及变速器组件热传导来完成的，则：

(1)离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流散热功率可按如下公式计算：

pcooler＝cp_cooler·(tsumpoil-tcoolantwater)

式中，pcooler为离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水对流散热功率；

cp_cooler为离合器冷却泵润滑油与发动机冷却水换热性能综合系数，根据试验获得；

tsumpoil为离合器冷却泵润滑油入口温度，根据经验自定义；

tcoolantwater为发动机冷却水入口温度，由客户定义。

(2)汽车外部自然对流散热功率可按如下公式计算：

pconvection＝hconvection·atran·tdiff

式中，pconvection为汽车外部自然对流散热功率；

hconvection汽车外部自然对流换热系数，具体参考附图2；

atran为变速器与空气接触的表面积，根据三维软件模拟得出；

tdiff为变速器壳体和空气温度差。

(3)变速器热辐射功率可根据斯忒藩-玻尔兹曼定律计算：

式中，pradiation为变速器壳体对空气的热辐射功率；

atran为变速器与空气接触的表面积，根据三维软件模拟得出；

ε为光谱发射率，根据材料的表面工艺和性能得出；

δ为斯忒藩-玻尔兹曼常量，定义为5.67；

t1为变速器壳体温度，根据经验自定义；

t2为空气温度，根据经验自定义。

(4)假设变速器系统损失热量、离合器冷却泵损失热量和离合器执行泵损失热量均被变速器金属构件和变速器油底壳油所吸收，则变速器组件热传导功率可按如下公式计算：

pcond＝(moil·cpoil+msteel·cpsteel+mal·cpal+mplastic·cpplastic)·δtoil

式中，pcond为变速器金属构件总体吸收的热量；

moil为油底壳油的总质量，根据经验自定义；

cpoil为油底壳油的比热容，根据润滑油牌号、等级等确定；

msteel为变速器总成钢的总质量，根据经验获得；

cpsteel变速器总成钢的比热容，根据钢的牌号、等级等确定；

mal为变速器总成铝合金的总质量，根据经验获得；

cpal为变速器总成铝合金的比热容，根据铝合金的牌号、等级等确定；

mplastic为变速器总成塑料的总重量，根据经验获得；

cpplastic为变速器总成塑料的比热容，根据塑料的牌号、等级等确定；

δtoil为变速器油底壳油的温升。

d、根据变速器系统总功率损失等于变速器系统热量总耗散，计算得出离合器摩擦片和钢片的温度。

s5、判断被测量对象的公差是否满足设计要求，如果不满足要求，则需根据单个零件对总成公差的贡献度和敏感度参数，优化设计目标公差。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。