CN106523558A - 一种用于液粘调速离合器的摩擦片及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于液粘调速离合器的摩擦片及其加工方法，所述摩擦片表面加工有一定形状的油槽，通过改变油槽的结构尺寸来改变不同半径处的过油能力，使得半径较小处的过油能力大于半径较大处的过油能力，从而提高摩擦片间油膜覆盖率，所述油槽区角度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小；油槽深度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小；本发明考虑了摩擦片间油液径向速度的径向变化，区分了摩擦片间流场分析过程中的两个不同概念Q_入＝Q与的差别，通过多种方式改变摩擦片间不同半径处的通油能力，实现了摩擦片间隙内的全油膜覆盖，减小了实际传递转矩与理论传递转矩之间的误差。

Description

一种用于液粘调速离合器的摩擦片及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种摩擦片，尤其适用于液粘调速离合器。

背景技术

摩擦片的结构直接影响着液粘调速离合器的整体性能，为增强过油能力，保证有足够的油液将热量带走，同时排除磨屑，摩擦片表面通常加工有一定形式的油槽。传统液粘调速离合器摩擦片油槽设计方法中，油槽深度并无确定的标准或计算公式，仅仅有一个范围0.5～0.6mm。目前为止，液粘调速离合器摩擦片相关的专利主要有：CN102401018A公布了一种液体粘性调速离合器摩擦副设计方法，CN201827267U公布了一种液粘调速离合器复合过油槽，CN102705399A公开了一种新型液粘调速离合器用摩擦片组，CN204041776U公开了一种抗翘曲的液粘调速离合器摩擦片，CN105041911A公开了一种防变形的液粘调速离合器对偶片，这些发明与实用新型专利各有其优点，也切实解决了一些工程实际问题，但未曾有任何解决摩擦片外径处(即半径较大处)油膜覆盖率降低的问题，以及因此而导致的转矩、传递效率和控制精度降低的问题，本发明对解决采用传统液粘调速离合器摩擦片时出现的这些问题具有积极的意义。

发明内容

本发明针对现有技术中，摩擦片外径处油膜覆盖率降低，转矩传递有效面积下降等问题，提供了一种液粘调速离合器用摩擦片及其加工方法，在油槽形状与截面形状一定的前提下，沿半径方向改变油槽结构参数，使得内圈过油能力大于外圈过油能力，从理论上解决油槽覆盖率低于100％的问题，使得摩擦片间油膜的有效面积增大，从而增加了传递的转矩，减小了理论传递转矩与实际传递转矩之差。

本发明可以通过以下技术手段实现上述技术目的，一种用于液粘调速离合器的摩擦片，所述的摩擦片表面加工有一定形状的油槽，油槽结构尺寸随半径变化，所述油槽的结构尺寸包括油槽区角度和油槽深度，油槽区角度油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小；油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小。

基于不同要求选定摩擦片表面油槽结构形式，可通过改变油槽结构尺寸来改变摩擦片间不同半径处的过油能力，使得半径较小处的过油能力大于半径较大处的过油能力，从而能提高摩擦片间油膜覆盖率。以油槽形式为径向直油槽、油槽截面形状为矩形为例，有改变油槽区角度、改变油槽深度以及同时改变油槽区角度和油槽深度这三种实施方式来改变不同半径处的过油能力，油槽区角度越大则过油能力越强，油槽深度越大则过油能力越强，反之则过油能力越弱。上述方案中，要想从理论上实现摩擦片间的全油膜覆盖，所述油槽结构尺寸与所述摩擦片的半径满足如下关系，该关系的函数表达式为：

其中

其中，Q_入为入口流量，θ₁为油槽区角度，θ₂为非油槽区角度，h₀为摩擦片之间的距离，h₁为油槽深度，R₂为外径处的半径值，R₁为内径处的半径值，r为所述摩擦片不同位置的半径值，ρ为油液密度，μ为油液动力粘度。

上述方案中，所述油槽区角度θ₁和所述对应的非油槽区角度θ₂满足如下关系式：

(θ₁+θ₂)×n＝360°

n为油槽的数目。

上述方案中，摩擦片之间的距离h₀为0～0.5mm。

上述方案中，所述油槽的形式为径向直油槽、双螺旋油槽和复合油槽中的任意一种。

一种根据所述摩擦片加工方法，通过改变所述油槽区角度来改变过油能力，加工时，油槽区角度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小。

一种根据所述摩擦片加工方法，通过改变所述油槽深度来改变过油能力，加工时，油槽深度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小。

一种根据所述摩擦片加工方法，通过同时改变所述油槽区角度和油槽深度来改变过油能力，加工时，油槽区角度随着半径增大而减小，油槽深度随着半径增大而减小。

本发明的有益效果：

(1)本发明所述的一种液粘调速离合器摩擦片，通过多种实施方式改变摩擦片表面油槽的结构参数，使得摩擦片间不同半径处的过油能力，使摩擦片间隙内实现全油膜覆盖；

(2)本发明通过改变内外径处的油槽尺寸改变过油能力，且得出要实现摩擦片间隙内全油膜覆盖所述油槽结构尺寸与所述摩擦片的半径满足的函数关系如下关系式，提供了一种新型高效的摩擦片。

(3)本发明区分了Q_入＝Q与这两个量，纠正了过往研究中将二者混为一谈的错误观念，为后续的油槽的结构设计和研究提供了新的方法。

附图说明

图1是带传统径向油槽的摩擦片示意图；

图2是实施方式之一：改变油槽区角度示意图；

图3是实施方式之二：改变油槽深度径向剖视图。

附图标记说明如下：

1-非油槽区；2-油槽区；3-油液入口；4-油液出口。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明例举了三个具体实施方式。

一种用于液粘调速离合器的摩擦片，所述摩擦片表面加工有一定形状的油槽，所述油槽的结构尺寸包括油槽区角度和油槽深度，油槽区角度油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小；油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小。

所述油槽的形式为径向直油槽、双螺旋油槽和复合油槽等多种形式。本发明基于选定摩擦片表面油槽的结构形式，通过改变油槽的结构尺寸来改变不同半径处的过油能力，主要是改变油槽区角度和油槽深度，使得半径较小处的过油能力大于半径较大处的过油能力，从而提高摩擦片间油膜覆盖率。

图1所示为带传统径向油槽的摩擦片示意图，图中摩擦片表面包括非油槽区1和油槽区2，传统摩擦片中，摩擦片内圈(半径较小)处油液径向速度较小，过油能力(即通流面积)也同样较小；摩擦片外圈(半径较大)处油液径向速度较大，而过油能力也同样较大，内圈与外圈处的流量是相等的。很明显，这就导致在外圈处，有部分通流面积实际是没有油液通过的，即油膜覆盖率下降，低于100％，转矩传递的有效面积下降。

因为本发明中是采用的截面形状为矩形的径向直油槽，所以可改变的结构参数就是油槽深度和油槽区角度，当选择其他截面形状(例如梯形、三角形等)和油槽形式(例如周向油槽、双螺旋油槽等)，也可以通过改变其他结构参数来改变内外径的过油能力，油槽区角度越大则过油能力越强，油槽深度越大则过油能力越强，反之则过油能力越弱。通过合理设计油槽的结构参数，最终实现内外径处具有不同的过油能力。实施例一：

图2所示为改变油槽区角度示意图，图中摩擦片表面包括改变后的非油槽区1和油槽区2，一种所述摩擦片加工方法，通过改变油槽区角度来改变过油能力，油槽区角度越大则所述油槽的过油能力越强，反之则过油能力越弱。加工时，使得油槽区角度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小，可以实现内径处过油能力较强而外径处过油能力较弱，从而强制性增大外圈油槽覆盖率。

实施例二：

图3所示为改变油槽深度径向剖视图，图中油液入口3和油液出口4的深度不同，一种所述摩擦片加工方法，通过改变油槽深度来改变过油能力，油槽深度越大则所述油槽的过油能力越强，反之则过油能力越弱。加工时，使得油槽深度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小，从而实现内径处过油能力较强而外径处过油能力较弱，从而强制性增大外圈油槽覆盖率。

实施例三：

一种所述摩擦片加工方法，同时改变油槽角度和油槽深度来改变过油能力，油槽区角度越大则所述油槽的过油能力越强，油槽深度越大则所述油槽的过油能力越强，反之则过油能力越弱。加工时，使得油槽区角度随着半径增大而减小，油槽深度随着半径增大而减小，可以实现内径处过油能力较强而外径处过油能力较弱，从而强制性增大外圈油槽覆盖率。

所述实施例一、实施例二和实施例三中，通过改变油槽参数来改变过油能力。要想实现摩擦片从内径处到外径处油膜覆盖率100％，则所述油槽结构尺寸参数与所述摩擦片的半径应满足如下关系式：

其中

其中，Q_入为入口流量，θ₁为油槽区角度，θ₂为非油槽区角度，h₁为油槽深度，h₀为摩擦片之间的距离，R₂为外径处的半径值，R₁为内径处的半径值，r为所述摩擦片不同位置的半径值，ρ为油液密度，μ为油液动力粘度。

其中，油槽区角度θ₁和所述对应的非油槽区角度θ₂满足如下关系式：(θ₁+θ₂)×n＝360°，n为油槽的数目。

其中，摩擦片之间的距离h₀为0～0.5mm。

考虑到实际加工难度，可通过近似拟合的方式来加工实际油槽。

对于油槽结构参数与所述摩擦片的半径应当满足的关系式，可通过以下推导过程得到：

分析这类两平行旋转圆盘缝隙中的粘性流，采用圆柱坐标系的N-S方程更加方便。本发明根据旋转圆盘缝隙中的粘性流体的流动特点，通过分析比较各项的数量级，略去微小次要项，从而消除方程中的非线性项，从而保留主要项，求得近似解析解，求解简化条件如下：

(1)因缝隙很小，雷诺数很小；所以缝隙内液体流动形式为二维层流，径向速度为U_r，周向速度为U_e，而轴向速度U_z＝0；

(2)液体密度ρ＝C为常值，动力粘度μ＝C为常值；

(3)流动为定常流，即

(4)先不考虑油槽影响，认定流动对称于Z轴，所有流动参数均与θ无关，即

(5)质量力R＝T＝Z＝0，其中R为径向质量力，T为周向质量力，Z为轴向质量力；

为了进一步简化N-S方程，对方程中各项作数量级的比较：

简化后的N-S方程如下所示：

最终可得，径向速度：

在计算两平行圆盘间的流量时：

即：

但其实，对于加工了传统样式油槽的摩擦片，油槽结构参数内外径相同的情况下，是一个随半径值r增大而增大的因变量。

即因为在外圈，油膜覆盖率是小于100％的，事实上而对于加工有本发明中所述油槽的摩擦片，内外径处油槽结构参数发生变化，内径处过油能力大于外径处过油能力，从而使得以下我们求解出，满足的油槽结构参数与入口流量之间的关系。

设定，出口接大气，即出口压力为0。从而可得：

即

考虑到油膜压力随半径增大而减小，到外径处为0，为简化计算，令则：

下面考虑油槽的影响，并令可得：

将式(7)带入式(9)，可得：

即

令则上式可简化为：

式(11)即为本发明中所述油槽的结构参数所应满足的数量关系。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于液粘调速离合器的摩擦片，其特征在于，所述摩擦片表面加工有一定形状的油槽，所述油槽的结构尺寸包括油槽区角度和油槽深度，油槽区角度油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小；油槽深度随着摩擦片半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小。

2.根据权利要求1所述的一种用于液粘调速离合器的摩擦片，其特征在于，所述油槽结构尺寸与所述摩擦片的半径满足如下关系式：

其中

其中，Q_入为入口流量，θ₁为油槽区角度，θ₂为非油槽区角度，h₁为油槽深度，h₀为摩擦片之间的距离，R₂为外径处的半径值，R₁为内径处的半径值，r为所述摩擦片不同位置的半径值，ρ为油液密度，μ为油液动力粘度。

3.根据权利要求2所述的一种用于液粘离合器的摩擦片，其特征在于，所述油槽区角度θ₁和所述对应的非油槽区角度θ₂满足如下关系式：

(θ₁+θ₂)×n＝360°

其中，n为油槽的数目。

4.根据权利要求2所述的一种用于液粘离合器的摩擦片，其特征在于，所述摩擦片之间的距离h₀为0～0.5mm。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种用于液粘调速离合器的摩擦片，其特征在于，所述油槽的形式为径向直油槽、双螺旋油槽和复合油槽中的任意一种。

6.一种根据权利要求1所述摩擦片加工方法，其特征在于，通过改变所述油槽区角度来改变过油能力，加工时，油槽区角度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽角度最大，最大外径处油槽角度最小。

7.一种根据权利要求1所述摩擦片加工方法，其特征在于，通过改变所述油槽深度来改变过油能力，加工时，油槽深度随着半径增大而减小，即最小内径处油槽深度最大，最大外径处油槽深度最小。

8.一种根据权利要求1所述摩擦片加工方法，其特征在于，通过同时改变所述油槽区角度和油槽深度来改变过油能力，加工时，油槽区角度随着半径增大而减小，油槽深度随着半径增大而减小。