《湿式换挡离合器滑摩理论与设计方法》系统阐述了湿式离合器摩擦元件的设计、机理、性能与监测技术，涵盖从微观形貌表征、摩擦磨损机理到宏观动力学行为、温度场分布及失效分析的全链条研究。核心内容包括多场耦合动力学建模、摩擦副接触特性、摩擦材料制备与性能、退化监测与故障诊断方法，并融合仿真分析与试验验证。特色在于深入揭示了摩擦界面的微观行为与宏观性能的关联机制，提出了针对离合器热弹性失稳、翘曲变形等典型失效的解决方案，并介绍了无线温度测试系统等创新实验技术。全书兼顾理论与工程应用，为湿式离合器设计、性能优化与状态监测提供了系统参考。
本书适合车辆工程、机械设计及摩擦学领域的研究人员与工程师学习，也可供从事离合器研发、试验与故障诊断的技术人员阅读参考。

第1章绪论001
1.1离合器的研究进展001
1.2离合器的工作机制003
1.2.1离合器类型003
1.2.2工作原理007
1.2.3接合过程划分009
1.3离合器的换挡控制010
1.3.1离合器充油过程建模011
1.3.2充油模型的仿真与验证013
1.4离合器的摩擦材料015
1.4.1铜基粉末冶金材料015
1.4.2纸基摩擦材料016
1.4.3碳基摩擦材料017
1.4.4摩擦材料的发展018
1.5离合器的滑摩性能018
1.5.1接合阶段动力学特性019
1.5.2分离阶段动力学特性020
1.5.3温度场特性020
1.6离合器的失效机理021
1.6.1摩擦元件失效表现022
1.6.2摩擦元件失效机理024
1.7离合器的退化监测025
1.7.1性能退化表征025
1.7.2状态监测与评估027

第2章离合器摩擦元件微观接触特性研究029
2.1摩擦副微观形貌表征029
2.1.1粗糙度的评定参数及表征方法030
2.1.2表面形貌模型032
2.1.3表面形貌表征036
2.2摩擦副滑动接触状态表征037
2.2.1微凸体挤压接触模型037
2.2.2微凸体滑动接触模型040
2.2.3摩擦副挤压接触特征043
2.2.4摩擦副滑动接触特征045
2.3摩擦副润滑接触状态表征046
2.3.1润滑与摩擦控制方程046
2.3.2相对转速的影响050
2.3.3活塞压力的影响052
2.3.4润滑油温度的影响052
2.4摩擦副磨合特性表征054
2.4.1活塞压力的影响055
2.4.2相对转速的影响056
2.4.3润滑油温度的影响057
2.4.4磨合过程磨损表征059

第3章离合器摩擦元件摩擦磨损特性研究061
3.1纳米碳化硅增强铜基摩擦材料062
3.1.1摩擦材料的制备062
3.1.2摩擦特性063
3.1.3磨损特性070
3.2碳纤维增强纸基摩擦材料074
3.2.1摩擦材料的制备074
3.2.2摩擦特性075
3.2.3磨损特性080
3.3新型摩擦材料的摩擦磨损特性084
3.3.1摩擦材料制备与工况设置084
3.3.2碳基摩擦材料085
3.3.3钼基摩擦材料090
3.4沟槽特征对摩擦副摩擦磨损特性的影响094
3.4.1活塞压力的影响095
3.4.2相对转速的影响096
3.4.3润滑油温度的影响098
3.4.4沟槽面积的影响机理100
3.4.5摩擦副的磨损特征101

第4章离合器接合过程动力学特性研究106
4.1接合过程多场耦合动力学模型106
4.1.1流体润滑模型107
4.1.2粗糙接触模型109
4.1.3轴向运动模型110
4.1.4传热模型112
4.2铜基摩擦元件摩擦转矩特性仿真113
4.2.1相对转速的影响115
4.2.2接触压力的影响116
4.2.3润滑油温度的影响116
4.3铜基摩擦元件摩擦转矩特性试验117
4.3.1相对转速的影响118
4.3.2活塞压力的影响119
4.3.3润滑油温度的影响121
4.4纸基摩擦元件摩擦转矩特性试验123
4.4.1相对转速的影响123
4.4.2活塞压力的影响125
4.4.3润滑油温度的影响125

第5章离合器分离过程动力学特性研究128
5.1全工作过程多场耦合动力学模型129
5.1.1轴向运动模型129
5.1.2花键阻力模型130
5.1.3活塞碰撞模型131
5.1.4热传导模型131
5.1.5仿真方法与流程134
5.2分离过程动态特性表征135
5.2.1离合器工作过程划分135
5.2.2分离过程润滑特征137
5.2.3分离过程受力特征137
5.2.4分离过程间隙特征138
5.2.5分离过程转矩特征140
5.2.6分离过程温度特征140
5.3分离过程动力学特性研究141
5.3.1花键摩擦的影响141
5.3.2控制油压的影响144
5.3.3相对转速的影响151
5.3.4润滑油温的影响155
5.4分离状态带排转矩研究159
5.4.1宽转速范围带排转矩模型159
5.4.2带排转矩试验设计167
5.4.3带排转矩试验结果168
5.5预制碟形钢片对分离性能影响研究169
5.5.1预制碟形钢片的设计170
5.5.2仿真和试验工况设计173
5.5.3预制碟形钢片对分离过程的影响174
5.5.4分离效果试验验证181

第6章离合器摩擦元件温度场特性研究185
6.1摩擦元件接触压力特性185
6.1.1集中力数学模型185
6.1.2接触压力有限元模型188
6.1.3结构参数的影响189
6.1.4材料参数的影响191
6.1.5接触压力试验研究194
6.2单次均匀接触温度场特性197
6.2.1传热理论基础197
6.2.2单次接合温度场模型199
6.2.3温度场仿真研究200
6.2.4试验工况设置201
6.2.5温度场试验结果202
6.3重复接合均匀接触温度场特性203
6.3.1重复接合温度场模型203
6.3.2单次工作循环的温度场204
6.3.3连续换挡离合器温升特性207
6.3.4温升动态平衡的影响因素209
6.4间歇接触温度场特性216
6.4.1间歇接触传热模型216
6.4.2三维有限差分方法217
6.4.3热边界条件分析217
6.4.4间歇温度场仿真221
6.4.5间歇温度场试验222

第7章离合器摩擦元件退化表征与性能监测研究227
7.1湿式离合器退化状态表征228
7.1.1离合器寿命试验228
7.1.2动力学特性演化231
7.1.3摩擦特性演化234
7.1.4摩擦界面磨损特性235
7.2退化特征重建241
7.2.1退化行为的相空间重构241
7.2.2混沌特征参数构建242
7.2.3基于香农熵的特征选择243
7.3湿式离合器性能退化预测建模245
7.3.1离合器退化特征选择245
7.3.2性能退化趋势预测方法248
7.4模型预测性能评价254
7.4.1不同可用数据量对预测性能的影响254
7.4.2超参数设置对预测性能的影响263
7.4.3数据划分方式对预测性能的影响264

第8章离合器摩擦元件失效机理研究267
8.1热弹性不稳定性267
8.1.1热弹性力学理论基础267
8.1.2结构参数的影响269
8.1.3材料参数的影响270
8.2热翘曲变形失效273
8.2.1热翘曲计算模型273
8.2.2热翘曲阈值研究276
8.3机械屈曲失效277
8.3.1机械屈曲计算模型277
8.3.2机械屈曲试验验证279
8.4MBTEI 热弹性不稳定性281
8.4.1二维扰动频率固连TEI 模型282
8.4.2压力扰动危险速度284
8.4.3参数影响规律研究286
8.5热机耦合失效289
8.5.1多摩擦副接触压力分布289
8.5.2多摩擦副表面温度分布289
8.5.3多摩擦副失效演化规律291
8.6摩擦振颤研究293
8.6.1摩擦振颤模型293
8.6.2接触压力差异性的影响295
8.6.3初始温度差异性的影响298
8.7磨损失效300
8.7.1转速对磨损的影响301
8.7.2压力对磨损的影响301
8.7.3温度对磨损的影响302
8.8花键齿失效研究304
8.8.1花键齿接触有限元建模306
8.8.2均载条件下花键齿受力特征307
8.8.3偏载条件下花键齿受力特征309
8.8.4冲击载荷对花键齿受力的影响313

第9章离合器失效摩擦元件故障诊断研究318
9.1摩擦元件翘曲高度采集318
9.1.1变形高度采集方法319
9.1.2摩擦元件变形趋势分析319
9.1.3翘曲变形摩擦元件模态分析321
9.2分离状态翘曲摩擦元件动力学模型323
9.2.1摩擦元件运动分析324
9.2.2摩擦元件受力分析325
9.2.3动力学模型及求解流程327
9.3翘曲摩擦元件振动特征331
9.3.1希尔伯特-黄变换331
9.3.2转速对振动特征的影响332
9.3.3翘曲高度对振动特征的影响335
9.3.4变形阶次对振动特征的影响338
9.4翘曲摩擦元件振动特征试验验证341
9.4.1试验设计341
9.4.2试验结果分析343
9.4.3时频域故障特征识别方法345
9.5离合器故障诊断方法349
9.5.1XGBoost 集成学习模型349
9.5.2故障诊断模型特征设计350
9.5.3基于试验数据的模型训练352
9.5.4模型参数调优及结果验证355
9.5.5离合器故障诊断系统设计356

第10章离合器摩擦元件径向温升均匀性优化361
10.1基于卡簧特征的径向温升均匀性研究361
10.1.1接触压力差异性362
10.1.2表面温度差异性362
10.1.3临界弯矩差异性363
10.2基于压板特征的径向温升均匀性优化366
10.2.1压板结构优化域构建366
10.2.2压板结构拓扑优化设计368
10.2.3压板结构响应面优化370
10.2.4离合器热负荷优化结果376
10.2.5优化压板静压试验验证378
10.3基于织构摩擦片的径向温升均匀性优化379
10.3.1表面织构对摩擦因数的影响379
10.3.2摩擦元件表面织构设计383
10.3.3表面织构对径向温升的影响384
10.4压板和织构摩擦片耦合的径向温升均匀性优化387
10.4.1压板和织构摩擦片试验设计387
10.4.2径向温升试验研究388
10.4.3摩擦转矩试验研究390
10.5多锥形离合器的承载和温升特性研究391
10.5.1多锥形离合器构型设计391
10.5.2多锥形摩擦副承载特征研究394
10.5.3多锥形离合器温度场特征396
10.5.4多锥形离合器结构优化研究398

第11章离合器综合性能试验方法401
11.1离合器摩擦磨损特性402
11.1.1摩擦磨损试验机402
11.1.2摩擦磨损试验样品404
11.1.3试验方法404
11.1.4摩擦因数与磨损量测量405
11.2离合器热力学特性试验406
11.2.1离合器试验台架407
11.2.2试验内容410
11.2.3热力学数据采集与处理411
11.3离合器摩擦元件振动特征试验413
11.3.1试验方案设计413
11.3.2试验步骤414
11.3.3试验结果分析415
11.4离合器摩擦元件静压试验421
11.4.1静压测试试验台架422
11.4.2静压测试试验方法422
11.4.3试验数据处理423
11.5摩擦元件微观形貌表征试验424
11.5.1金相显微镜425
11.5.2扫描电子显微镜425
11.5.3白光干涉扫描仪428
11.6摩擦磨损量化评价指标430
11.6.1摩擦因数均值430
11.6.2采样段摩擦因数偏移率430
11.6.3变异系数430
11.6.4敏感度系数431
11.6.5磨合状态识别431

第12章离合器无线温度测试系统开发434
12.1离合器温度遥测理论研究434
12.1.1NFC 理论技术435
12.1.2NFC 等效模型436
12.2温度采集与测试方案438
12.2.1无线充电技术438
12.2.2温度测试技术440
12.3无线遥测系统设计研究442
12.3.1硬件电路设计443
12.3.2软件设计446
12.3.3方案验证451
12.4测试系统工装设计453
12.4.1试验台架工装设计453
12.4.2电路板尺寸设计454
12.5离合器遥测系统试验454
12.5.1试验台架454
12.5.2试验工况设计455
12.5.3温度测量试验456

参考文献460

在现代机械传动系统中，湿式换挡离合器作为动力传递与中断的核心部件，其性能直接决定了各类机械装备的运行效率、可靠性和使用寿命。随着装备技术向高功率密度、智能化及绿色化方向快速发展，湿式离合器凭借其独特的润滑冷却机制、稳定的摩擦特性和抗热衰退能力，在众多领域展现出不可替代的重要价值。在坦克装甲车辆传动系统中，湿式离合器通过精确的液压控制和优化的热管理设计，不仅保障了在极端工况下的动力传递可靠性，更通过快速响应特性显著提升了机动性能；在新能源及混合动力车辆领域，湿式离合器作为多模式动力耦合的核心元件，实现了电机与发动机的高效协同，为提升整车能量利用率、延长纯电续航里程提供了关键技术支撑。此外，在工程机械、重型商用车、船舶推进系统及风力发电装置等重要领域，湿式离合器的创新应用持续推动着传动技术向更高性能水平迈进。当前，学者们在离合器的性能提升、状态评估、故障诊断、寿命延长等方面进行了大量研究，为解决复杂工况下的性能衰减、热管理失效及可靠性提升等工程问题提供了新思路。
本书以坦克装甲车辆综合传动装置的湿式换挡离合器为研究对象，系统总结了作者及所在团队多年来在高速重载传动系统换挡离合器技术方面的教学与科研成果。全书以近15 年来发表的学术论文和博士、硕士学位论文为基础，融入了前沿创新成果，从基础理论、创新方法到工程应用，对湿式换挡离合器全工作过程、全生命周期的摩擦磨损理论、动力学特征、热负荷表征、退化监测、故障识别、试验设计、结构优化等进行了全面系统的归纳和总结，构建了“机理研究—性能分析—失效诊断—设计优化”的逻辑主线，形成了从基础理论到工程实践的系统性研究框架。
全书内容以多学科交叉融合为特色，首先系统梳理了离合器的研究现状与工作机制，深入探讨了摩擦副的微观接触特性、摩擦磨损行为及接合分离过程的动力学特性，揭示了多参数耦合作用下的滑摩机理；在此基础之上，重点研究了摩擦元件的温度场分布规律、性能退化表征方法及失效机理，为性能优化提供理论依据；随后针对工程应用中的关键问题，开展了故障诊断及温升均匀性优化等关键技术攻关；进一步拓展至织构摩擦片、多锥形离合器的创新构型设计与承载特性研究，突破了传统结构的局限；最后通过综合性能试验验证与无线温度测试系统开发，形成了从理论创新到技术实现的完整闭环，为湿式离合器的性能提升与创新发展提供了系统解决方案。全书共分为12 章，其中于亮完成了第1、2、3、4、6、11、12 章内容，陈漫完成了第5、7、8、9、10 章内容。全书由于亮统稿，陈漫负责校对。
本书具有系统性强、内容全面、原理与应用并重、通俗易懂、工程指导性强等特点，期望能为从事机械传动、车辆工程及自动控制领域研究的科研人员与工程师提供有益参考，推动湿式离合器技术向更高效、更智能的方向发展，为我国装备制造业的转型升级贡献技术力量。
本书的完成得益于北京理工大学科研团队长期的理论积累，以及与合作企业深入的产学研协同创新；本书在编写和出版过程中得到了国家自然科学基金、武器装备预研基金等的支持，特此表示衷心感谢。
受水平和经验所限，书中难免存在一些疏漏和不足，恳请读者批评指正。

著者