[發(fā)明專利]車輛濕式離合器用旋轉(zhuǎn)密封優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

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• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN103955581A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏超;胡紀(jì)濱;陶文錦;陳國明
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 郭德忠;仇蕾安

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于車輛傳動裝置的密封工程化設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車輛濕式離合器用旋轉(zhuǎn)密封參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在車輛傳動領(lǐng)域，旋轉(zhuǎn)密封是一種特殊形式的端面動密封，作為關(guān)鍵元件，它廣泛應(yīng)用于變速器等內(nèi)包含有液壓控制的旋轉(zhuǎn)執(zhí)行部件中，如濕式離合器、制動器以及液力變矩器。這些部件一般都會存在一個或多個旋轉(zhuǎn)密封來使壓力油液從靜止件流入旋轉(zhuǎn)軸中進(jìn)行動力傳遞，并保證系統(tǒng)油壓。旋轉(zhuǎn)密封的性能直接影響到傳動裝置的整體性能，其一旦發(fā)生密封失效，會導(dǎo)致傳動裝置的整體故障。其失效形式多是密封端面的嚴(yán)重磨損，這種磨損失效取決于摩擦對偶面的潤滑狀態(tài)。

高功率密度是車輛傳動的發(fā)展趨勢，而提高轉(zhuǎn)速，降低傳遞的力矩是提高傳動裝置功率密度的有效措施。伴隨傳動裝置工作轉(zhuǎn)速的提高，其對濕式離合器和制動器用旋轉(zhuǎn)密封的工作轉(zhuǎn)速也提出了更高的要求。然而，工作轉(zhuǎn)速的提高必然使旋轉(zhuǎn)密封摩擦副承受的PV值升高，極可能導(dǎo)致磨損加劇，使用壽命和可靠性降低，因此旋轉(zhuǎn)密封應(yīng)具有高PV值性能方能完成傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

另外，在乘用車領(lǐng)域，隨著消費(fèi)者對于車輛駕駛的簡單性、平順性、舒適性要求的提高和汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的手動變速器逐漸淘汰，自動變速器，無級變速器，雙離合變速器將占有越來越大的市場份額，各企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)圍繞其展開的研究也越來越多。提高傳動裝置效率，減少功率損失，提高傳動裝置可靠性成為其研究重點(diǎn)之一。其中的旋轉(zhuǎn)密封作為液壓動力傳遞的關(guān)鍵元件，在自動變速器中需要維持2.5MPa的油壓，在CVT中壓力則高達(dá)8MPa，轉(zhuǎn)速最大可以達(dá)到7500r/min，軸直徑達(dá)到80mm，密封系統(tǒng)最大會有幾千瓦的摩擦功率損失。一方面影響傳動裝置效率，另一方面這一部分損失的功率使密封系統(tǒng)承受較高的熱應(yīng)力，嚴(yán)重情況下導(dǎo)致密封失效，引發(fā)動力裝置故障。

總體來看，高速高壓是汽車動力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。高性能旋轉(zhuǎn)密封是未來車輛傳動系統(tǒng)中不可或缺的元件，為了提高旋轉(zhuǎn)密封的工作性能，改善潤滑狀態(tài)，減小摩擦功率損失，減少磨損，提高可靠性與工作壽命，針對旋轉(zhuǎn)密封的優(yōu)化設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。相關(guān)的研究成果，在軍事和民用領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景和實(shí)用價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：提出一種車輛濕式離合器用旋轉(zhuǎn)密封優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從而使旋轉(zhuǎn)密封端面產(chǎn)生較強(qiáng)的流體動壓力。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：車輛濕式離合器用旋轉(zhuǎn)密封優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，它包括以下步驟：

A.建立旋轉(zhuǎn)密封的通用槽型形線描述方程；

在旋轉(zhuǎn)密封的初始槽型形線θ⁰＝f(r)⁰上選取離散點(diǎn)其中位于旋轉(zhuǎn)密封內(nèi)圓，位于旋轉(zhuǎn)密封外圓，相鄰兩點(diǎn)沿旋轉(zhuǎn)密封半徑方向間距相等；令在各自所在的圓周上任意移動一定角度后得到形線關(guān)鍵點(diǎn)依次對中相鄰的兩個點(diǎn)使用三次樣條插值方法得到n分段的最多三次的多項(xiàng)式函數(shù)曲線，通過多項(xiàng)式函數(shù)曲線建立槽型形線描述曲線；

B.針對旋轉(zhuǎn)密封，將包括槽數(shù)N、槽深h_g、周向槽臺比δ_θ、徑向槽壩比δ_r、螺旋角α的端面槽型設(shè)計(jì)參數(shù)，以及槽型設(shè)計(jì)參數(shù)作為優(yōu)化對象X，即：

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)允許的取值范圍，設(shè)定其邊界約束條件，即：

其中，下腳標(biāo)min表示最小邊界約束條件，max表示最大邊界約束條件；

C.確定目標(biāo)函數(shù)；

選擇在給定油膜厚度下的油膜承載力F_lcc作為評價指標(biāo)來衡量某種形式的槽型形成動壓效應(yīng)的強(qiáng)弱能力，以油膜承載力最大即負(fù)的油膜承載力-F_lcc最小為參數(shù)優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)，即：

f(X)＝(-F_lcc)_min

D.優(yōu)化計(jì)算

利用步驟A中所建立的槽型形線描述方程，根據(jù)邊界約束條件，以(-F_lcc)_min為目標(biāo)對X進(jìn)行優(yōu)化。

本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明對旋轉(zhuǎn)密封端面進(jìn)行流體動力潤滑優(yōu)化設(shè)計(jì)，使旋轉(zhuǎn)密封端面產(chǎn)生較強(qiáng)的流體動壓力，以減小摩擦磨損，提高密封槽的工作性能和使用壽命；

(2)本發(fā)明利用有限個離散點(diǎn)通過函數(shù)三次樣條插值得到多項(xiàng)式函數(shù)曲線，建立一般曲線槽型的描述方法，該描述方法可表示多種形線，具有很強(qiáng)的靈活性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中只能針對固定槽型形線進(jìn)行優(yōu)化的缺點(diǎn)；