为了解决矿山运输安全性和经济性问题,西安科技大学机械工程学院承担了陕西省教育厅产业化培育项目——矿用防爆柴油轨道运输牵引机车研制与开发。离合器作为矿用机车传动系统的一个重要部件,在瓦斯环境下其工作性能与摩擦生热问题将会影响到矿井安全。为此,本文以该矿用机车所采用的湿式摩擦离合器为研究对象,对其设计方法、工作性能以及摩擦生热问题进行研究。 针对湿式摩擦离合器设计参数诸多的不确定性,传统设计难以满足设计要求的现状,本文以湿式摩擦离合器的工作体积最小和传递转矩性能最佳为目标,建立优化数学模型,利用主要目标法、模糊综合评判以及模糊扩展原理对湿式摩擦离合器进行优化设计,得到了较为理想的优化结果。 在离合器的性能研究方面,通过对矿用防爆柴油轨道运输牵引机车传动系统的分析,建立了离合器接合过程的动力学模型,并分别对传统设计和模糊优化设计离合器的接合过程进行了仿真,得到了多种工况下接合过程摩擦片的角速度、滑摩功率变化规律。仿真结果表明,应用模糊优化设计的离合器在保证工作体积最小、传递转矩性能最佳的基础上,在耐磨性、抗摩擦生热性能方面也得到明显改善。 在离合器接合过程仿真的基础上,还对离合器接合过程中摩擦片温度场进行了仿真,并利用有限元法对摩擦片进行了热变形分析,最终得到了摩擦片温度场分布和热变形情况,为该类矿用机车安全工作提供了一定的理论依据。 本文还利用了 MATLAB 强大的科学计算功能和图形用户界面设计工具,编制了湿式摩擦离合器优化及仿真分析软件,为湿式摩擦离合器的设计与分析提供了软件工具。