随着履带车辆往高功率密度、高可靠性方向的发展,其关键传动部件——湿式离合器在起步、换挡等工作过程中出现的烧蚀、磨损、断裂等问题是影响和制约传动装置工作性能与服役寿命的主要因素。本文以三自由度定轴湿式直接换挡综合变速箱(DSG)为研究对象,针对湿式摩擦副多场耦合接合过程中的界面摩擦行为进行机理研究,通过理论建模、仿真分析及试验测试的手段,分析主要参数对湿式离合器工作过程的影响规律,识别高温状态下摩擦性能热突变特征,并以此为基础评估研究对象在履带车辆应用过程中摩擦元件的热安全状态及磨损寿命。本文所做的主要工作包括:(1)建立了湿式摩擦副法向间隙动态变化模型与周向摩擦转矩平衡模型,研究了摩擦系数与磨损系数随界面比压、滑摩速度及温度等参数的变化规律,通过建立摩擦元件平均温升模型,获得了湿式摩擦副接合过程多场耦合理论模型。仿真与试验结果表明:该模型可有效揭示摩擦界面粘性转矩、粗糙接触转矩、油膜间隙、界面接触状态、界面温升、摩擦系数及磨损量等多项重要参数的变化规律。(2)建立了集多摩擦副间隙变化过程、摩擦界面行为、执行机构动态响应于一体的湿式离合器全间隙变化范围内瞬态摩擦转矩理论模型,研究了主要因素对摩擦转矩形成过程的影响规律。研究表明:分离状态下,陀螺效应将导致低转速区带排转矩的增加;接合过程中,键摩擦力的存在会导致各摩擦副界面比压衰减,使离合器摩擦转矩传递能力减弱,且温度越高,衰减效应越明显;此外,相对转速差与温度对接合过程中的粘性转矩及粗糙接触转矩均有较大影响,而压力则仅取决于其本身数值大小。(3)通过试验研究,分析了湿式离合器摩擦元件热失稳条件及摩擦性能热衰退特征,设定了热安全控制边界。建立了履带车辆传动系统起步过程七自由度扭振动力学模型,获得湿式离合器实时动态载荷,研究不同起步工况下的离合器传力特性及摩擦元件热安全特性。研究表明:起步越快、温度越低,在半接合点处粘性转矩占比越大,而负载越大,粗糙接触转矩占比越大;在热安全边界内,温度升高导致摩擦系数的增加对输出转矩影响较大,需对摩擦界面接合压力进行控制。(4)建立了DSG变速箱双/四离合器换挡过程动力学模型,分析换挡操作中瞬态功率流搭接过程,获得双/四离合器最佳转矩关系,实现功率流无动力中断转换与优化匹配。建立履带车辆直驶换挡频次理论模型,获得十公里换挡循环工况谱,考核湿式离合器的热安全性并预测其磨损寿命。研究表明:双/四离合器换挡过程中,仅有接合离合器处于滑摩状态才会使摩擦元件负载最少。按此控制策略进行换挡,在十公里内,各离合器温度均在可控范围以内,磨损量较小,满足履带车辆使用需求。(5)通过SAE#2试验台架对湿式离合器工作特性进行研究;以UMT Tribolab摩擦磨损试验机及MOA II油液分析光谱仪对湿式销-盘样件进行试验检测,分别获得摩擦系数及磨损系数变化规律;设计并搭建试验台架,对起步、换挡等多种工况进行试验研究。通过试验数据与仿真结果对比,验证了理论研究的准确性。