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车用湿式多片离合器的CAE仿真

庞永

珠海华粤传动科技有限公司

摘要：本文依据车用湿式多片离合器的实际三维结构，使用Abaqus软件研究了在结合

压力为旋转对称和周向相等情况下，湿式离合器滑摩过程中温度场和应力场的变化趋势，讨

论了滑摩过程中出现热点的条件以及热点的数量，也给出了离合器滑摩过程中温度和应力的

具体计算方法。

关键词：湿式离合器；热点；温度场；应力

TheCAESimulationofAutomotiveWetMultidiscClutch

PangYong

CNCDrivelineTechnologyCo.Ltd.

Abstract：Accordingtotheactualstructureofwetmultidiscclutch,andbymeansoffinite

elementmethod,westudiedthetemperatureandstressoftheclutch,inthecaseofthesteeldisks

ispressedbycircumferentialconstantpressureorrotationallyperiodicsymmetrypressure.

Meantime,westudiedwhenandhowmanyhotspotsoccurinanysituation,andthemethodfor

computingthetemperatureandstressoftheclutch.

Keywords:Wetmultidiscclutch,Hotspot,Temperature,Stress

一、序言

车用湿式多片离合器（以后简称为WDC）部分浸泡于冷却液中，WDC工作时，活塞盘

在油压作用下推动对偶钢片（或简称为钢片）和摩擦片接触滑摩，滑摩过程中产生大量热量，

部分热量被冷却液带走，部分热量被钢片和摩擦片吸收，引起钢片、摩擦片温度升高并产生

热应力。很多情况下，钢片上的高温、高应力区主要集中在滑摩面上的局部区域，形成所谓

“热点”；WDC最高温度和最大应力的数值一旦超过材料温度和强度的许用值，WDC即会失

效。

WDC结合终了之前，对偶钢片和摩擦片间存在着较高速度的相对滑动。BarberJ.R.提

出，两固体相互滑动时，可能出现热弹性不稳定（TEI），从而导致热点的出现[1]。DowT.A.

等人以一个半无限大刀片在半无限大立方体上移动，推导出了热弹性不稳定问题的一种理论

解[2]。ZagrodzkiP.将WDC问题作为平面问题处理，推导出了WDC热传导和应力问题的计

算方程组，并采用有限差分法对方程组进行了数值求解[3]。实际上，WDC是有限体积的三维

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实体，采用以上研究方法，计算结果往往很难与实际情况相吻合；但是，由于WDC力学、

热学状态的复杂性，将WDC作为一般的三维实体来处理，目前研究得还不多。

本文采用有限单元法，将WDC作为热—结构耦合的三维实体接触问题来进行求解，据

此研究WDC结合时出现热点的可能性，以及WDC各零件内部温度与应力的实际数值。

二、WDC多片滑摩CAE模型

本文研究的WDC多片滑摩几何模型参见图1。此图中，最左侧的空心圆柱体代表压力

腔活塞盘（简称活塞盘），此圆柱体左侧面作用有结合压力（油压），右侧面与对偶钢片接触。

图1中最右侧的空心圆柱体代表驱动盘，此空心圆柱体左侧面与调整钢片接触；右侧面固

定，以阻止WDC各零件沿轴向移动。

图1WDC多片滑摩几何模型示意图（局部剖视图）

假设WDC的活塞盘有两种结构，一种是环状结构，参见图2（a），它与对偶钢片的接

触面是一个连续的圆环区域；另一种是爪状结构，参见图3（a），它与对偶钢片的接触面在

圆环区域处不再连续，它与对偶钢片只在绕轴向旋转对称的各个爪顶处接触。我们忽略制造

误差，那么环状活塞盘给WDC施加的压力在周向是均布的，我们称此种WDC为压力周向

相等WDC，参见图2；而爪状活塞盘给WDC施加的压力沿周向是周期对称的，我们称这种

WDC为压力旋转对称WDC，参见图3。

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（a）环状活塞盘(b)压力周向相等WDC模型

图2压力周向相等WDC多片滑摩模型

（a）爪状活塞盘(b)压力旋转对称WDC模型

图3压力旋转对称WDC多片滑摩模型

WDC结合过程中，钢片、摩擦片的转速可以通过动力学计算，或者通过试验获得。

WDC结合时，钢片与摩擦片滑摩形成滑摩功，假设滑摩功全部转