考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法与流程

1.本发明涉及动力学特性研究技术领域，特别是涉及一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法和系统。


背景技术：

2.直升机在工作中具有悬停和巡航两个工作状态，为了保证直升机的动力性能以及经济性能，传动系统需要经常变换到不同的挡位，实现变转速传动，以适应不同的工作状态。摩擦离合器是直升机变转速传动系统中的核心部件，研究其动力学特性具有重要意义。现阶段对湿式摩擦离合器的动力学建模，通常采用集中质量法将发动机端、主动端、从动端和负载端等效为四个惯量盘。其中，输入端和主动端、从动端与负载端等效为弹簧阻尼系统，主从动端之间根据摩擦模型建立力平衡模型。这种建模方法可以较好的对离合器整体的动力学特性进行仿真，但是无法对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学特性不能很好的表示。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法和系统，以实现对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学特性的研究。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
5.本发明提供一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法，所述方法包括如下步骤：
6.将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型；
7.基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型；
8.求解所述动力学数学模型，计算所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。
9.可选的，所述动力学数学模型为：
[0010][0011]
其中，t、θ、i、k和c分别表示转矩、角位移、转动惯量、刚度和阻尼，下标e、s1、ch1、hs、hf、ch2、s2、l、s和f分别表示发动机、主动轴、钢片外毂、对偶钢片、摩擦片、摩擦片内毂、从动轴、负载、主动端的对偶钢片花键副和从动端的摩擦片花键副，i表示对偶钢片和摩擦片的序号；ns和nf分别表示对偶钢片和摩擦片的数量；ns＝nf+1；r表示花键节圆半径，g(x)表示花键间隙分段线性位移函数；tf表示摩擦副传递转矩转矩。
[0012]
可选的，求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数，具体包括：
[0013]
将所述动力学数学模型转换为微分方程；
[0014]
求解所述微分方程，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；
[0015]
可选的，所述微分方程为：
[0016][0017]
一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定系统，所述系统包括：
[0018]
动力学等效模型构建模块，用于将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型；
[0019]
动力学数学模型构建模块，用于基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型；
[0020]
动力学参数求解模块，用于求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。
[0021]
可选的，所述动力学数学模型为：
[0022][0023]
其中，t、θ、i、k和c分别表示转矩、角位移、转动惯量、刚度和阻尼，下标e、s1、ch1、hs、hf、ch2、s2、l、s和f分别表示发动机、主动轴、钢片外毂、对偶钢片、摩擦片、摩擦片内毂、从动轴、负载、主动端的对偶钢片花键副和从动端的摩擦片花键副，i表示对偶钢片和摩擦片的序号；ns和nf分别表示对偶钢片和摩擦片的数量；ns＝nf+1；r表示花键节圆半径，g(x)表示花键间隙分段线性位移函数；tf表示摩擦副传递转矩转矩。
[0024]
可选的，所述动力学参数求解模块，具体包括：
[0025]
模型转换子模块，用于将所述动力学数学模型转换为微分方程；
[0026]
模型求解子模块，用于求解所述微分方程，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；
[0027]
可选的，所述微分方程为：
[0028][0029]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0030]
本发明公开了一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法和
系统，所述方法包括如下步骤：将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型；基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型；求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。本发明通过构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型，进而对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学参数的求解，实现了对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学特性的研究，以便对摩擦片和对偶钢片花键的强度进行更加精确的设计。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将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仅是本发明的一些实施例，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。
[0032]
图1为本发明提供的一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法的流程图；
[0033]
图2为本发明提供的包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型的示意图；
[0034]
图3为本发明提供的摩擦副结构示意图；
[0035]
图4为本发明提供的等效模型图；其中，图4a为等齿宽等效模型图，图4b为等齿数等效模型图；
[0036]
图5为本发明提供的等齿宽等效模型的转速波动；其中，图5a为等齿宽等效模型转速波动图，图5b为等齿宽等效模型转速波动局部图；
[0037]
图6为本发明提供的等齿数等效模型的转速波动；其中，图6a为等齿数等效模型转速波动图，图6b为等齿数等效模型转速波动局部图。
具体实施方式
[0038]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0039]
本发明的目的是提供一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法和系统，以实现对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学特性的研究。
[0040]
为使本发明的上述目的、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发明作进一步详细的说明。
[0041]
如图1所示，本发明提供一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法，所述方法包括如下步骤：
[0042]
步骤101，将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系
统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型。
[0043]
如图2所示为多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型，图2中主从动端的虚线框中分别表示了花键副连接的刚度和阻尼，输入输出轴之间的虚线框中为主从动轴的扭转刚度和阻尼。钢片与摩擦片之间通过摩擦力传递扭矩。
[0044]
图中：t、θ、i、k、c分别表示转矩、角位移、转动惯量、刚度和阻尼；其中下标e、s1、ch1、csi、cfi、ch2、s2、l分别表示发动机、主动轴、钢片外毂、对偶钢片、摩擦片、摩擦片内毂、从动轴和负载，其中i表示钢片和摩擦片的序号。
[0045]
其中，摩擦副结构如图3所示，如图3所示摩擦片具有多片相互独立的花键系统较为复杂。因此对多片对偶钢片(摩擦片)进行等效计算以简化花键副的计算。对于多片对偶钢片(摩擦片)可采取两种等效方式：
[0046]
(1)、等齿宽等效，不改变对偶钢片的厚度及尺寸将对偶钢片的齿数视为n片对偶钢片(摩擦片)的齿数之和，即单齿的啮合刚度和啮合阻尼不变，参与啮合的齿数为单片对偶钢片(摩擦片)齿数的n倍。
[0047]
(2)、等齿数等效，该方法将n片对偶钢片(摩擦片)视为一个整体，等效后的花键齿宽为单片齿宽的n倍。
[0048]
如图4为等效模型图，其中图4a为等齿宽等效模型途，图4b为等齿数等效模型图。
[0049]
步骤102，基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型。
[0050]
根据图2可得湿式摩擦离合器系统的动力学数学模型如式(1)所示：
[0051][0052]
步骤103，求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。
[0053]
通过对微分方程进行数值求解，即可得到离合器主从动端的转速波动(角位移)，以便对摩擦片和对偶钢片花键的强度进行更加精确的设计。
[0054]
图5为本发明提供的等齿宽等效模型的转速波动，图6为本发明提供的等齿数等效模型的转速波动，如图5和6所示，图5a、图5b、图6a和图6b分别表示了等齿宽等效模型和等齿数等效模型的输入端、主动端花键座、对偶钢片、摩擦片、从动端花键座和输出轴在接合过程中的转速变化过程。通过该模型可以对不同系统参数(花键副参数、轴系刚度和阻尼以及各元件集中质量)对湿式摩擦离合器传动过程中转速稳定性的影响，以针对不同的湿式摩擦离合器模型，提前对其转速波动等性能进行仿真预测，同时适当的调整系统参数以获得较好的性能。由图可知输入轴和输出轴的转速波动较小，对偶钢片和摩擦片以及主/从动
端花键座的转速波动较大(该原件转动惯量较小)。在湿式摩擦离合器接合完成之后，各元件的转速波动趋于稳定。
[0055]
本发明还提供一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定系统，所述系统包括：
[0056]
动力学等效模型构建模块，用于将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型。
[0057]
所述动力学数学模型为：
[0058][0059]
其中，t、θ、i、k和c分别表示转矩、角位移、转动惯量、刚度和阻尼，下标e、s1、ch1、hs、hf、ch2、s2、l、s和f分别表示发动机、主动轴、钢片外毂、对偶钢片、摩擦片、摩擦片内毂、从动轴、负载、主动端的对偶钢片花键副和从动端的摩擦片花键副，i表示对偶钢片和摩擦片的序号；ns和nf分别表示对偶钢片和摩擦片的数量；ns＝nf+1；r表示花键节圆半径，g(x)表示花键间隙分段线性位移函数；tf表示摩擦副传递转矩转矩。
[0060]
动力学数学模型构建模块，用于基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型；
[0061]
动力学参数求解模块，用于求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。
[0062]
所述动力学参数求解模块，具体包括：模型转换子模块，用于将所述动力学数学模型转换为微分方程；模型求解子模块，用于求解所述微分方程，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数。
[0063]
所述微分方程为：
[0064][0065]
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
[0066]
本发明公开了一种考虑花键副的湿式摩擦离合器动力学建模及参数确定方法和系统，所述方法包括如下步骤：将多片湿式摩擦离合器的主动端和从动端的花键副等效为弹簧阻尼系统，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型；基于所述动力学等效模型，构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学数学模型；求解所述动力学数学模型，确定所述多片湿式摩擦离合器的动力学参数；所述动力学参数包括转矩、角位移、转动惯量。本发明通过构建包含花键副的多片湿式摩擦离合器的动力学等效模型，进而对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学参数的求解，实现了对离合器内外毂与摩擦片和对偶钢片之间的花键连接的动力学特性的研究，以便对摩擦片和对偶钢片花键的强度进行更加精确的设计。
[0067]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0068]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。