CN116796433A - 一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法及*** - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法及***，其中方法包括：构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；基于摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；对设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。应用本申请的湿式离合器摩擦片间隙流场刚度系数绝对值大于优化前间隙流场刚度系数值，摩擦片与分离片接近时流体弹性力增大，增强了流体支撑作用，不易发生碰撞接触；应用本申请的湿式离合器摩擦片不仅推迟了高频碰撞发生的线速度，而且显著减小了碰撞发生后的碰撞频率和碰撞强度，继而减小了高速下总带排转矩值。
Description
技术领域
本申请涉及离合器摩擦片技术领域，具体涉及一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法及***。
背景技术
湿式离合器是车辆液力传动***的核心部件,其作为典型的具有流体动压润滑效应的流固耦合结构，固体表面织构对流场特性以及固体运动状态有十分显著的影响。具体来说，摩擦片表面微织构显著地影响低速带排转矩的大小。高速段，表面微织构也将通过影响间隙流场对摩擦片的作用力而影响摩擦片与分离片的碰撞特性，从而影响总带排转矩的大小。针对高速段的带排转矩问题，对摩擦片表面微织构进行优化研究，对降低离合器分离状态下的带排转矩、减小离合器空载功率损失具有重要意义。本申请基于单摩擦片流固耦合动力学模型，以单摩擦片带排转矩最小化为优化目标，通过优化设计方法，得到一种摩擦片表面微织构，可有效降低空载湿式离合器摩擦片在高速段的带排转矩，有利于提升我国车辆自动换挡传动装置的性能、增强车辆机动性。
发明内容
为解决上述背景中的技术问题，本申请提出了一种降低高速碰摩带排转矩的摩擦副表面微织构。为解决如下问题：(1)推迟湿式离合器高频碰撞发生的线速度(2)降低空载湿式离合器高速阶段的带排转矩值。本申请针对空载湿式离合器高速阶段的带排转矩问题，基于单摩擦片流固耦合动力学模型，采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，获得了湿式离合器高速范围带排转矩的影响因素，确定了优化变量，建立了优化设计模型，最后求解优化模型得到了最优的高速低带排转矩的摩擦片表面微织构，大幅降低了空载湿式离合器在高速阶段的带排转矩。
为实现上述目的，本申请提供了一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，步骤包括：
构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；
基于所述摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；
对所述设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
优选的，构建所述摩擦片表面微织构形线参数模型的方法包括：
采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，得到形线表达式；
采用三次样条插值法拟合所述形线表达式，得到微织构形线表达式；
优化所述微织构形线表达式，得到所述摩擦片表面微织构形线参数模型。
优选的，所述设计变量包括：摩擦片微织构参数和微织构形线参数；
所述摩擦片微织构参数包括：微织构数量、微织构深度、周向槽台比和径向槽坝比；其中，所述周向槽台比为表征微织构占周期单元周向的比例；所述径向槽坝比为表征微织构占内外径之间径向的比例；
所述微织构形线参数包括：形线上四个离散点在周向方向的偏移角度。
优选的，所述设计变量的约束条件包括：
gi(X)≤0,i＝1～24
其中，约束函数gi(X)的定义包括：
其中，Ng表示微织构数；Ngmax表示最大微织构数；Ngmin表示最小微织构数；hg表示微织构深度；hgmax表示最大微织构深度；hgmin表示最小微织构深度；rc表示周向槽台比；rcmax表示最大周向槽台比；rcmin表示最小周向槽台比；rra表示径向槽坝比；rramax表示最大径向槽坝比；rramin表示最小径向槽坝比；表示周向角度偏移量；/>表示最大周向角度偏移量；表示最小周向角度偏移量；ψs表示有效摩擦面积系数；ψsmax表示最大有效摩擦面积系数；ψsmin表示最小有效摩擦面积系数。
优选的，进行所述优化的方法包括：
进行所述摩擦片微织构参数的优化，得到优化参数；
基于所述优化参数，进行微织构形线参数的优化，得到优化初值；
对优化初值进行验证，得到最优参数。
优选的，进行所述验证的方法包括：将所述优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证所述优化初值是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
本申请还提供了一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计***，包括：构建模块、设计模块和优化模块；
所述构建模块用于构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；
所述设计模块用于基于所述摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；
所述优化模块对所述设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
优选的，所述构建模块的流程包括：
采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，得到形线表达式；
采用三次样条插值法拟合所述形线表达式，得到微织构形线表达式；
优化所述微织构形线表达式，得到所述摩擦片表面微织构形线参数模型。
优选的，所述优化模块的工作流程包括：
进行所述摩擦片微织构参数的优化，得到优化参数；
基于所述优化参数，进行微织构形线参数的优化，得到优化初值；
对优化初值进行验证，得到最优参数。
优选的，进行所述验证的流程包括：将所述优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证所述优化初值是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
1、应用本申请的湿式离合器摩擦片间隙流场刚度系数绝对值大于优化前间隙流场刚度系数值，摩擦片与分离片接近时流体弹性力增大，增强了流体支撑作用，不易发生碰撞接触；
2、应用本申请的湿式离合器摩擦片不仅推迟了高频碰撞发生的线速度，而且显著减小了碰撞发生后的碰撞频率和碰撞强度，继而减小了高速下总带排转矩值。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的方法流程示意图；
图2为本申请实施例的表面微织构形线表示及寻优方法示意图；
图3为本申请实施例的优化设计流程示意图；
图4为本申请实施例的贴体坐标变换示意图；
图5为本申请实施例的优化后的微织构仿真值和试验值与优化前对比示意图；
图6为本申请实施例的***结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
如图1所示，为本实施例的方法流程示意图，步骤包括：
S1.构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型。
如图2所示，采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，图2(a)中，rg为摩擦片表面微织构的外半径，θp(θp＝2π/Ng)为摩擦片一个周期结构对应的圆周角，θg为微织构对应的圆周角，rin与rout表示摩擦片的径向内径与外径，微织构形线上第i个离散点pi在摩擦片表面柱坐标系中坐标为(ri,θi)，为便于建模，设置形线上各个离散沿径向方向等距分布，径向间距为Δr，获得离散点坐标后即可通过插值方法给出形线表达式。在本实施例中，采用三次样条插值法拟合微织构形线。采用三弯矩构造法，得到三次样条插值多项式如下：
其中，r为拟合后的槽型形线的径向坐标；ri与ri+1分别为第i个与第i+1个离散点的径向坐标，r的变化范围为ri到ri+1；θ为拟合后的槽型形线的周向坐标；θi与θi+1分别为第i个与第i+1个离散点的周向坐标，θ的变化范围为θi到θi+1；i为离散点的序号其取值由事先设定；Mi表示曲线在Pi点处的二阶导数值，即弯矩值。
假设三次样条曲线有自然边界条件，即曲线首尾两端点处的二阶导数值为零，根据三弯矩方程可计算得到插值点的M矩阵：
其中，
将形线上离散点坐标代入式(3)得到d矩阵，再将后者代入式(2)得到弯矩值矩阵M，最后将M代入式(1)即得到三次样条插值拟合的微织构形线函数表达式。如图2(b)所示，在径向方向采用5个等距分布的离散点pi(ri,θi)构造微织构形线，其中i＝1～4，p0和p4分别坐落在摩擦片内径和外径上。图中pinew表示寻优得到的第i个离散点所在位置，寻优过程中，第i个离散点保持径向坐标ri不变，仅使其在周向方向改变一定角度从而得到寻优后的位置坐标(rinew,θinew)。获得所有离散点坐标后，即可通过三次样条插值拟合公式(1)求得微织构形线的表达式。优化后的形线离散点坐标与原始位置点关系如下：
由于周期性边界条件，内径上的离散点p0在寻优过程中位置设置为不发生变化。通过上述寻优方法，微织构形线的优化问题即转换为了形线离散点周向偏移角度向量的数值优化问题。
S2.基于摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量。
优化设计参数主要分为以下两类：
(1)摩擦片微织构参数，包括：微织构数量Ng、微织构深度hg、表征微织构占周期单元周向比例的周向槽台比rc和表征微织构占内外径之间径向比例的径向槽坝比rra；
(2)微织构形线参数，即形线上四个离散点在周向方向的偏移角度这样一共有8个独立参数作为优化设计变量，表示如下：
上述设计参数的约束条件为：
gi(X)≤0,i＝1～24 (6)
其中，约束函数gi(X)的定义包括：
其中，Ng表示微织构数；Ngmax表示最大微织构数；Ngmin表示最小微织构数；hg表示微织构深度；hgmax表示最大微织构深度；hgmin表示最小微织构深度；rc表示周向槽台比；rcmax表示最大周向槽台比；rcmin表示最小周向槽台比；rra表示径向槽坝比；rramax表示最大径向槽坝比；rramin表示最小径向槽坝比；表示周向角度偏移量；/>表示最大周向角度偏移量；表示最小周向角度偏移量；ψs表示有效摩擦面积系数；ψsmax表示最大有效摩擦面积系数；ψsmin表示最小有效摩擦面积系数。
S3.对设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
将式(5)所示优化参数分为两组，分别放在两个阶段中进行优化。第一阶段为摩擦片微织构参数的优化，以(Ng,hg,rc,rra)为设计变量，微织构形线参数(即)均设为0；第二阶段为微织构形线参数的优化，以上述微织构形线参数/>为设计变量，第一阶段获得的优化参数作为本阶段的优化初值；最终，将优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证前两个阶段得到的最优解是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
具体优化流程如图3所示。
8个优化参数均需通过参数优化设计子程序实现，子程序采用的是基于近似模型的优化设计方法，其运行的具体流程如下：
如前文将8个优化设计变量分为两组，分别放在两个阶段里单独进行优化，每个阶段会得到所选设计变量的最优解。每个阶段的优化方法如下：
1)首先通过最优拉丁超立方方法进行抽样选点，生成了100组样本点的试验设计空间，将其分别代入单摩擦片流固耦合动力学和高速碰摩带排转矩模型，求得每个参数组条件下带排转矩响应结果。获得所有参数组对应的带排转矩计算值后，对参数组中变量进行敏感度分析，即可确定各个变量对带排转矩的影响。
2)然后采用椭圆基神经网络模型模拟输入优化参数和输出带排转矩之间的关系，构造出一个计算结果与高速碰摩带排转矩模型计算结果近似，但计算量大大降低的数学模型，然后基于该近似模型进行搜索寻优。
3)最后采用多岛遗传算法搜寻最优解，通过对优化问题解空间的个体进行编码，对编码后的个体种群进行如选择、交叉、变异等遗传操作，进而从新种群中迭代出含有最优解的组合。本文多岛遗传算法的参数设置为：子群规模数为10，岛数代数为10，总进化代数为30，交叉概率为0.8，变异概率为0.01，岛间迁移率为0.2，迁移间隔代数为5。
本实施例优化设计所采用的摩擦片几何尺寸、工况参数与设计参数约束条件如表2所示。得到的摩擦片四个微织构参数和四个形线参数优化最优解如表1所示。
表1
表2
最优解与随机解验证对比结果如表3所示。用来模拟输入优化参数与输出带排转矩之间关系的椭圆基神经网络模型误差如表4和表5所示，模拟输入微织构参数和输入形线参数与响应带排转矩的椭圆基神经网络模型各项误差均远远小于许用临界值，相关系数近似于1，满足许用值要求，表明建立的近似模型与样本点数据之间有很高的吻合程度和拟合精度，能很好地反映试验因子和响应之间的关系。
表3
表4
表5
当摩擦片表面微织构具有任意、不规则边界的情况时，由于边界难以与网格边界相重合，采用规则的扇形网格对流场进行离散的方法难以适用，本申请采用贴体坐标变换方法处理不规则边界，使其与计算网格边界相重合，从而实现基于质量守恒的有限体积法对流场计算域的离散，进而通过数值模拟，分析具有优化的表面微织构的摩擦片间隙流场特性，并与优化前摩擦片进行试验对比，验证优化的表面微织构的有效性。
如图4所示，对柱坐标系(r,θ)中的任意表面微织构形线，利用贴体坐标变换将图4(a)所示的(r,θ)柱坐标系变换到图4(b)所示的(ξ,η)直角坐标系，(ξ,η)坐标系网格是间隔都为1的正方形网格。这样不规则计算区域变为规则的正方形网格计算域，方便有限体积法离散计算。
从(r,θ)坐标系变换到(ξ,η)坐标系的变换矩阵(雅可比矩阵)J为：
由偏导数的链式法则得到以压力为变量的坐标变换公式为：
其中，下标表示求关于该变量的偏导数，因此，雅可比矩阵行列式可表示为：
|J|＝rξ(rθη)-rη(rθξ) (10)
沿ξ和η方向质量流量分量如下：
其中，
由流量公式得到沿ξ和η方向单位长度上的流量：
将润滑控制方程写成矢量形式，将以压力为变量的坐标转换公式、r和θ方向的流量表达式分别代入以上方程即可得到沿ξ和η方向单位长度上的流量。
实施例二
本实施例中，通过数值模拟，分析具有优化后的摩擦片表面微织构(即优化槽)的间隙流场特性，并与优化前摩擦片(即径向槽)进行试验对比。图5给出了不同工况下，优化槽摩擦片带排转矩仿真值和试验值随摩擦片线速度变化的曲线，为验证优化槽减小高速带排转矩的作用，相同工况下径向槽摩擦片带排转矩仿真值和试验值曲线也绘制在图中作为对比。
所验证的四个工况如图5(a)(b)(c)(d)所示，其对比结果均表现为：低速段，优化槽和径向槽带排转矩值差别不大；然而在高速段，优化槽摩擦片带排转矩值虽然仍呈现随摩擦片线速度增大而增大的趋势，但相比径向槽带排转矩值已明显降低。在最高线速度108.4m/s时的总带排转矩值在图5(a)工况下减小了63.5％，在图5(b)工况下减小了60.4％，在图5(c)工况下减小了56.0％，在图5(d)工况下减小了54.3％。
此外，四种工况下优化前后高速碰摩现象出现对应线速度值对比如表6所示，优化槽由于流场可产生更强的动压效应，流场刚度系数相比优化前显著提高，增强了对摩擦片不稳定运动时的支撑作用，高速碰摩带排转矩出现时对应的摩擦片线速度分别提高了53.7％和49.8％，显著推迟了高速碰摩现象的出现。
表6
实施例三
如图6所示，为本实施例的***结构示意图，包括：构建模块、设计模块和优化模块。其中，构建模块用于构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；设计模块用于基于摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；优化模块对设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
下面将结合本实施例，详细说明本申请如何解决实际生活中的技术问题。
首先，利用构建模块构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型。
如图2所示，如图2所示，采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，图2(a)中，rg为摩擦片表面微织构的外半径，θp(θp＝2π/Ng)为摩擦片一个周期结构对应的圆周角，θg为微织构对应的圆周角，rin与rout表示摩擦片的径向内径与外径，微织构形线上第i个离散点pi在摩擦片表面柱坐标系中坐标为(ri,θi)，为便于建模，设置形线上各个离散沿径向方向等距分布，径向间距为Δr，获得离散点坐标后即可通过插值方法给出形线表达式。在本实施例中，采用三次样条插值法拟合微织构形线。采用三弯矩构造法，得到三次样条插值多项式如下：
其中，r为拟合后的槽型形线的径向坐标；ri与ri+1分别为第i个与第i+1个离散点的径向坐标，r的变化范围为ri到ri+1；θ为拟合后的槽型形线的周向坐标；θi与θi+1分别为第i个与第i+1个离散点的周向坐标，θ的变化范围为θi到θi+1；i为离散点的序号其取值由事先设定；Mi表示曲线在Pi点处的二阶导数值，即弯矩值。
假设三次样条曲线有自然边界条件，即曲线首尾两端点处的二阶导数值为零，根据三弯矩方程可计算得到插值点的M矩阵：
其中，
将形线上离散点坐标代入式(16)得到d矩阵，再将后者代入式(15)得到弯矩值矩阵M，最后将M代入式(14)即得到三次样条插值拟合的微织构形线函数表达式。如图2(b)所示，在径向方向采用5个等距分布的离散点pi(ri,θi)构造微织构形线，其中i＝1～4，p0和p4分别坐落在摩擦片内径和外径上。图中pinew表示寻优得到的第i个离散点所在位置，寻优过程中，第i个离散点保持径向坐标ri不变，仅使其在周向方向改变一定角度从而得到寻优后的位置坐标(rinew,θinew)。获得所有离散点坐标后，即可通过三次样条插值拟合公式(1)求得微织构形线的表达式。优化后的形线离散点坐标与原始位置点关系如下：
由于周期性边界条件，内径上的离散点p0在寻优过程中位置设置为不发生变化。通过上述寻优方法，微织构形线的优化问题即转换为了形线离散点周向偏移角度向量的数值优化问题。
之后，设计模块基于摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量。
优化设计参数主要分为以下两类：
(1)摩擦片微织构参数，包括：微织构数量Ng、微织构深度hg、表征微织构占周期单元周向比例的周向槽台比rc和表征微织构占内外径之间径向比例的径向槽坝比rra；
(2)微织构形线参数，即形线上四个离散点在周向方向的偏移角度这样一共有8个独立参数作为优化设计变量，表示如下：
上述设计参数的约束条件为：
gi(X)≤0,i＝1～24 (19)
其中，约束函数gi(X)的定义包括：
其中，Ng表示微织构数；Ngmax表示最大微织构数；Ngmin表示最小微织构数；hg表示微织构深度；hgmax表示最大微织构深度；hgmin表示最小微织构深度；rc表示周向槽台比；rcmax表示最大周向槽台比；rcmin表示最小周向槽台比；rra表示径向槽坝比；rramax表示最大径向槽坝比；rramin表示最小径向槽坝比；表示周向角度偏移量；/>表示最大周向角度偏移量；表示最小周向角度偏移量；ψs表示有效摩擦面积系数；ψsmax表示最大有效摩擦面积系数；ψsmin表示最小有效摩擦面积系数。
最后，优化模块对设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
将式(18)所示优化参数分为两组，分别放在两个阶段中进行优化。第一阶段为摩擦片微织构参数的优化，以(Ng,hg,rc,rra)为设计变量，微织构形线参数(即)均设为0；第二阶段为微织构形线参数的优化，以上述微织构形线参数/>为设计变量，第一阶段获得的优化参数作为本阶段的优化初值；最终，将优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证前两个阶段得到的最优解是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
具体优化流程如图3所示。
8个优化参数均需通过参数优化设计子程序实现，子程序采用的是基于近似模型的优化设计方法，其运行的具体流程如下：
如前文将8个优化设计变量分为两组，分别放在两个阶段里单独进行优化，每个阶段会得到所选设计变量的最优解。每个阶段的优化方法如下：
1)首先通过最优拉丁超立方方法进行抽样选点，生成了100组样本点的试验设计空间，将其分别代入单摩擦片流固耦合动力学和高速碰摩带排转矩模型，求得每个参数组条件下带排转矩响应结果。获得所有参数组对应的带排转矩计算值后，对参数组中变量进行敏感度分析，即可确定各个变量对带排转矩的影响。
2)然后采用椭圆基神经网络模型模拟输入优化参数和输出带排转矩之间的关系，构造出一个计算结果与高速碰摩带排转矩模型计算结果近似，但计算量大大降低的数学模型，然后基于该近似模型进行搜索寻优。
3)最后采用多岛遗传算法搜寻最优解，通过对优化问题解空间的个体进行编码，对编码后的个体种群进行如选择、交叉、变异等遗传操作，进而从新种群中迭代出含有最优解的组合。本文多岛遗传算法的参数设置为：子群规模数为10，岛数代数为10，总进化代数为30，交叉概率为0.8，变异概率为0.01，岛间迁移率为0.2，迁移间隔代数为5。
本实施例优化设计所采用的摩擦片几何尺寸、工况参数与设计参数约束条件如表2所示。得到的摩擦片四个微织构参数和四个形线参数优化最优解如表1所示。
最优解与随机解验证对比结果如表3所示。用来模拟输入优化参数与输出带排转矩之间关系的椭圆基神经网络模型误差如表4和表5所示，模拟输入微织构参数和输入形线参数与响应带排转矩的椭圆基神经网络模型各项误差均远远小于许用临界值，相关系数近似于1，满足许用值要求，表明建立的近似模型与样本点数据之间有很高的吻合程度和拟合精度，能很好地反映试验因子和响应之间的关系。
当摩擦片表面微织构具有任意、不规则边界的情况时，由于边界难以与网格边界相重合，采用规则的扇形网格对流场进行离散的方法难以适用，本申请采用贴体坐标变换方法处理不规则边界，使其与计算网格边界相重合，从而实现基于质量守恒的有限体积法对流场计算域的离散，进而通过数值模拟，分析具有优化的表面微织构的摩擦片间隙流场特性，并与优化前摩擦片进行试验对比，验证优化的表面微织构的有效性。
如图4所示，对柱坐标系(r,θ)中的任意表面微织构形线，利用贴体坐标变换将图4(a)所示的(r,θ)柱坐标系变换到图4(b)所示的(ξ,η)直角坐标系，(ξ,η)坐标系网格是间隔都为1的正方形网格。这样不规则计算区域变为规则的正方形网格计算域，方便有限体积法离散计算。
从(r,θ)坐标系变换到(ξ,η)坐标系的变换矩阵(雅可比矩阵)J为：
由偏导数的链式法则得到以压力为变量的坐标变换公式为：
其中，下标表示求关于该变量的偏导数，因此，雅可比矩阵行列式可表示为：
|J|＝rξ(rθη)-rη(rθξ) (23)
沿ξ和η方向质量流量分量如下：
其中，
由流量公式得到沿ξ和η方向单位长度上的流量：
将润滑控制方程写成矢量形式，将以压力为变量的坐标转换公式、r和θ方向的流量表达式分别代入以上方程即可得到沿ξ和η方向单位长度上的流量。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，步骤包括：
构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；
基于所述摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；
对所述设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
2.根据权利要求1所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，构建所述摩擦片表面微织构形线参数模型的方法包括：
采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，得到形线表达式；
采用三次样条插值法拟合所述形线表达式，得到微织构形线表达式；
优化所述微织构形线表达式，得到所述摩擦片表面微织构形线参数模型。
3.根据权利要求1所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，所述设计变量包括：摩擦片微织构参数和微织构形线参数；
所述摩擦片微织构参数包括：微织构数量、微织构深度、周向槽台比和径向槽坝比；其中，所述周向槽台比为表征微织构占周期单元周向的比例；所述径向槽坝比为表征微织构占内外径之间径向的比例；
所述微织构形线参数包括：形线上四个离散点在周向方向的偏移角度。
4.根据权利要求3所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，所述设计变量的约束条件包括：
gi(X)≤0,i＝1～24
其中，约束函数gi(X)的定义包括：
其中，Ng表示微织构数；Ngmax表示最大微织构数；Ngmin表示最小微织构数；hg表示微织构深度；hgmax表示最大微织构深度；hgmin表示最小微织构深度；rc表示周向槽台比；rcmax表示最大周向槽台比；rcmin表示最小周向槽台比；rra表示径向槽坝比；rramax表示最大径向槽坝比；rramin表示最小径向槽坝比；表示周向角度偏移量；/>表示最大周向角度偏移量；表示最小周向角度偏移量；ψs表示有效摩擦面积系数；ψsmax表示最大有效摩擦面积系数；ψsmin表示最小有效摩擦面积系数。
5.根据权利要求1所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，进行所述优化的方法包括：
进行所述摩擦片微织构参数的优化，得到优化参数；
基于所述优化参数，进行微织构形线参数的优化，得到优化初值；
对优化初值进行验证，得到最优参数。
6.根据权利要求5所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计方法，其特征在于，进行所述验证的方法包括：将所述优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证所述优化初值是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
7.一种湿式离合器的摩擦片表面微织构设计***，其特征在于，包括：构建模块、设计模块和优化模块；
所述构建模块用于构建湿式离合器的摩擦片表面微织构形线参数模型；
所述设计模块用于基于所述摩擦片表面微织构形线参数模型，获取设计变量；
所述优化模块对所述设计变量进行优化，得到湿式离合器摩擦片表面微织构。
8.根据权利要求7所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计***，其特征在于，所述构建模块的流程包括：
采用基于曲线插值法的任意微织构形线参数化表示方法，得到形线表达式；
采用三次样条插值法拟合所述形线表达式，得到微织构形线表达式；
优化所述微织构形线表达式，得到所述摩擦片表面微织构形线参数模型。
9.根据权利要求7所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计***，其特征在于，所述优化模块的工作流程包括：
进行所述摩擦片微织构参数的优化，得到优化参数；
基于所述优化参数，进行微织构形线参数的优化，得到优化初值；
对优化初值进行验证，得到最优参数。
10.根据权利要求9所述的湿式离合器的摩擦片表面微织构设计***，其特征在于，进行所述验证的流程包括：将所述优化初值代入单摩擦片流固耦合动力学模型和高速碰摩带排转矩模型求得目标函数值，通过与随机解代入求得的目标函数值对比，验证所述优化初值是否为真实最优解，并输出得到摩擦片表面微织构优化的最优参数。
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| CN103955581A (zh) * | 2014-05-05 | 2014-07-30 | 北京理工大学 | 车辆湿式离合器用旋转密封优化设计方法 |
| CN104679990A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-06-03 | 北京理工大学 | 一种有表面微织构的车用旋转密封磨损分析方法 |
| CN114254440A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-03-29 | 武汉科技大学 | 一种湿式离合器摩擦片表面沟槽槽型形线优化方法 |
| CN114912225A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-16 | 辽宁工程技术大学 | 一种特形微织构缸套及其优化设计方法 |
| CN115962233A (zh) * | 2022-12-20 | 2023-04-14 | 北京理工大学 | 摩擦元件微织构 |
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