一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法及系统

技术领域

本发明涉及摩擦离合器动态特性研究领域，特别是涉及一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法及系统。

背景技术

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档位，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。摩擦离合器径向振动位移的大小影响直升机变转速传动品质的优劣。现有文献对摩擦离合器的扭转振动研究较多，但没有考虑离合器的径向位移的影响，而径向振动对离合器动态特性有一定的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法及系统，以准确计算摩擦离合器在接合过程中的径向振动位移。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法，所述方法包括：

建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型；

根据所述扭转-弯曲动力学模型，确定所述摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程；

根据所述扭转-弯曲动力学模型，确定所述摩擦离合器在接合过程中所述摩擦离合器的横纵振动微分方程；

根据所述扭转振动微分方程和所述横纵振动微分方程，确定所述摩擦离合器在接合过程中所述摩擦离合器的径向振动位移。

可选的，所述建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型，具体包括：

根据功率的传输方向，将所述变转速传动系统中摩擦离合器主动盘之前的构件等效为驱动端，摩擦离合器从动盘之后的构件等效为负载端，摩擦离合器主动盘为主动端，摩擦离合器从动盘为从动端，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型。

可选的，所述根据所述扭转-弯曲动力学模型，确定所述摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程，具体包括：

根据所述变转速传动系统中驱动端输入功率和输入转速，利用公式

利用公式

根据所述扭转-弯曲动力学模型、所述驱动转矩和所述摩擦转矩，确定所述摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程为

其中，T

可选的，所述摩擦离合器的横纵振动微分方程为：

其中，m

可选的，所述根据所述扭转振动微分方程和所述横纵振动微分方程，计算获得所述摩擦离合器在接合过程中所述摩擦离合器的径向振动位移，具体包括：

联立所述扭转振动微分方程和所述横纵振动微分方程，利用公式

根据所述横向振动位移和所述纵向振动位移，利用公式

其中，R

一种摩擦离合器径向振动位移的计算系统，所述系统包括：

扭转-弯曲动力学模型建立模块，用于建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型；

扭转振动微分方程确定模块，用于根据所述扭转-弯曲动力学模型，确定所述摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程；

横纵振动微分方程确定模块，用于根据所述扭转-弯曲动力学模型，确定所述摩擦离合器在接合过程中所述摩擦离合器的横纵振动微分方程；

径向振动位移计算模块，用于根据所述扭转振动微分方程和所述横纵振动微分方程，确定所述摩擦离合器在接合过程中所述摩擦离合器的径向振动位移。

可选的，所述扭转-弯曲动力学模型建立模块，具体包括：

扭转-弯曲动力学模型建立子模块，用于根据功率的传输方向，将所述变转速传动系统中摩擦离合器主动盘之前的构件等效为驱动端，摩擦离合器从动盘之后的构件等效为负载端，摩擦离合器的主动盘为主动端，摩擦离合器的从动盘为从动端，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型。

可选的，所述扭转振动微分方程确定模块，具体包括：

驱动转矩确定子模块，用于根据所述变转速传动系统中驱动端输入功率和输入转速，利用公式

摩擦转矩获取子模块，用于利用公式

扭转振动微分方程确定子模块，用于根据所述扭转-弯曲动力学模型、所述驱动转矩和所述摩擦转矩，确定所述摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程为

其中，T

可选的，所述横纵振动微分方程确定模块中所述摩擦离合器的横纵振动微分方程为：

其中，m

可选的，所述径向振动位移计算模块，具体包括：

横向振动位移和纵向振动位移计算子模块，用于联立所述扭转振动微分方程和所述横纵振动微分方程，利用公式

径向振动位移计算子模块，用于根据所述横向振动位移和所述纵向振动位移，利用公式

其中，R

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：

本发明提供了一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法及系统，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型，根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程和摩擦离合器的横纵振动微分方程，进而联立两个方程求解得到摩擦离合器的径向振动位移，实现了准确计算摩擦离合器在接合过程中的径向振动位移。

附图说明

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。

图1为本发明提供的一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法的流程图；

图2为本发明提供的一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法的原理图；

图3为本发明提供的扭转-弯曲动力学模型图；

图4为本发明提供的电涡流位移传感器测量径向振动位移的装置图；

图5为本发明提供的电涡流位移传感器测量径向振动位移装置的截面图；

图6为本发明实施例提供的主动端横向振动位移的仿真图；

图7为本发明实施例提供的主动端纵向振动位移的仿真图；

图8为本发明实施例提供的径向振动位移的仿真图。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法及系统，以准确计算摩擦离合器在接合过程中的径向振动位移。

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。

为了研究摩擦离合器的径向振动位移的大小及其影响因素，本发明提出了一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法，可以较精确地计算摩擦离合器接合过程中的径向振动位移。

如图1和图2所示，一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法，包括：

S101，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型；

S102，根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程；

S103，根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的横纵振动微分方程；

S104，根据扭转振动微分方程和横纵振动微分方程，确定摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的径向振动位移。

S101步骤：变转速直升机传动系统主要由发动机、变速单元、减速器和主旋翼等部分组成，因此，系统结构复杂，存在着诸多的自由度、弹性元件和阻尼元件。所以，按照功率的传输方向，将变转速传动系统中摩擦离合器主动盘之前的构件等效为驱动端，摩擦离合器从动盘之后的构件等效为负载端，摩擦离合器的主动盘为主动端，摩擦离合器的从动盘为从动端，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型，如图3所示。

S102步骤：根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程，具体包括以下三个步骤：

步骤1，电机驱动转矩的计算

根据具体工况得到发动机输入功率与其输入转速，通过发动机转矩计算公式

其中，T

步骤2，摩擦副摩擦转矩的计算

假设摩擦离合器接合过程中，摩擦片与钢片之间具有均匀压力，那么摩擦片单位表面积所受的压力为：

在离合器摩擦片表面取微圆环dr，求得微圆环上得摩擦力矩，并将其在摩擦片内外径积分，可得离合器接合过程中摩擦副的摩擦转矩T

步骤3，建立扭转振动微分方程

根据扭转-弯曲动力学模型、驱动转矩和摩擦转矩，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程为：

式中，I

S103步骤：根据图3显示，主动盘有横纵两自由度，初始质心所在位置与水平轴的夹角记为

根据扭转-弯曲动力学模型，确定的摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的横纵振动微分方程为：

其中，m

S104步骤：图3所示的扭转-弯曲动力学模型的自由度为6，根据扭转振动微分方程和横纵振动微分方程，计算获得摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的径向振动位移，具体包括：

联立扭转振动微分方程和横纵振动微分方程，利用公式

根据横向振动位移和纵向振动位移，利用公式

其中，R

为了验证径向振动位移的计算方法的准确性，本发明利用电涡流位移传感器1和电涡流位移传感器2测量摩擦离合器在结合过程中的径向振动位移。电涡流位移传感器测量径向振动位移的装置如图4和图5所示。

电涡流位移传感器1和电涡流位移传感器2使用螺纹与箱体连接，摩擦离合器的主动端设置于箱体中。电涡流位移传感器1和电涡流位移传感器2的探头分别正对摩擦离合器的主动端轴线位置，达到精确的测量。电涡流位移传感器1和电涡流位移传感器2分别测量摩擦离合器的主动端的横向振动位移和纵向振动位移。

本发明根据表1的仿真参数，使用MATLAB对本发明提供的一种摩擦离合器径向振动位移的计算方法进行仿真，仿真结果如图6-8。

表1仿真参数

图6与图7显示了主动端的x与y方向振动位移，最大值接近1.5×10

本发明通过对摩擦离合器各部分的简化模拟，建立考虑径向振动位移及扭转振动位移耦合的振动微分方程。对耦合的微分方程组进行数值求解，解得离合器主动端径向振动位移曲线。同时给出电涡流位移传感器测试经向位移的方法，结合电涡流位移传感器的测量结果，通过试验结果可以更好的验证理论仿真结果。

本发明还提供了一种摩擦离合器径向振动位移的计算系统，系统包括：扭转-弯曲动力学模型建立模块、扭转振动微分方程确定模块、横纵振动微分方程确定模块和径向振动位移计算模块。

扭转-弯曲动力学模型建立模块，用于建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型；

扭转振动微分方程确定模块，用于根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程；

横纵振动微分方程确定模块，用于根据扭转-弯曲动力学模型，确定摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的横纵振动微分方程；

径向振动位移计算模块，用于根据扭转振动微分方程和横纵振动微分方程，确定摩擦离合器在接合过程中摩擦离合器的径向振动位移。

扭转-弯曲动力学模型建立模块，具体包括：扭转-弯曲动力学模型建立子模块。

扭转-弯曲动力学模型建立子模块，用于根据功率的传输方向，将变转速传动系统中摩擦离合器主动盘之前的构件等效为驱动端，摩擦离合器从动盘之后的构件等效为负载端，摩擦离合器的主动盘为主动端，摩擦离合器的从动盘为从动端，建立摩擦离合器的扭转-弯曲动力学模型。

扭转振动微分方程确定模块，具体包括：驱动转矩确定子模块、摩擦转矩获取子模块和扭转振动微分方程确定子模块。

驱动转矩确定子模块，用于根据变转速传动系统中驱动端输入功率和输入转速，利用公式

摩擦转矩获取子模块，用于利用公式

扭转振动微分方程确定子模块，用于根据扭转-弯曲动力学模型、驱动转矩和摩擦转矩，确定摩擦离合器在接合过程中变转速传动系统的扭转振动微分方程为

其中，T

横纵振动微分方程确定模块中摩擦离合器的横纵振动微分方程为：

其中，m

径向振动位移计算模块，具体包括：横向振动位移和纵向振动位移计算子模块以及径向振动位移计算子模块。

横向振动位移和纵向振动位移计算子模块，用于联立扭转振动微分方程和横纵振动微分方程，利用公式

径向振动位移计算子模块，用于根据横向振动位移和纵向振动位移，利用公式

其中，R

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。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

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。