譚立東，宗宣潔，常志勇，王艷博，陳東輝

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重型拖拉機濕式離合器摩擦片耐磨仿生設計與試驗

譚立東1，宗宣潔1，常志勇2，王艷博1，陳東輝2

（1. 吉林大學交通學院，長春 130022；2. 吉林大學工程仿生教育部重點實驗室，長春 130022）

重型拖拉機濕式離合器作為動力換擋變速箱的重要執(zhí)行部件，其摩擦副的磨損失效是導致傳動系統(tǒng)整體性能下降的主要原因之一，為減少因其帶來的資源和經(jīng)濟損失，進而設計一種耐磨離合器摩擦片。該文從仿生學角度出發(fā)，以大樹蛙為對象，用掃描電鏡觀測其趾端，發(fā)現(xiàn)樹蛙趾端微觀結(jié)構(gòu)輪廓形狀有四邊形、五邊形、六邊形，六邊形結(jié)構(gòu)居多且結(jié)構(gòu)大小均勻其直徑約為12m，微結(jié)構(gòu)的輪廓間為溝槽，溝槽寬度約為1.5m。研究表明樹蛙體表分泌的黏液在圍繞著六邊形結(jié)構(gòu)的溝槽內(nèi)循環(huán)流動，增強其在潮濕環(huán)境下的粘附力，即摩擦系數(shù)。樹蛙在與濕滑基底接觸時表現(xiàn)出很強的黏附力和摩擦力，仿生摩擦片具備這些特點更能滿足傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的要求。通過提取樹蛙趾端參數(shù)，優(yōu)化摩擦片表面結(jié)構(gòu)，將樹蛙趾端的致密六邊形溝槽分割結(jié)構(gòu)進一步突出特點、簡化結(jié)構(gòu)，對重型拖拉機濕式離合器摩擦片表面的油槽結(jié)構(gòu)進行相似設計，以此為設計思路設計了9種仿生試樣并采用激光加工技術(shù)制作樣件。采用微觀摩擦磨損測試儀進行摩擦磨損試驗，通過計算摩擦系數(shù)對比不同六邊形直徑與不同溝槽寬度下摩擦摩損效果上的差異。試驗結(jié)果表明，仿生非光滑結(jié)構(gòu)比光滑結(jié)構(gòu)具有更好的耐磨性特性，且正六邊形直徑為12 mm，溝槽寬度為1.5 mm時，磨損量最低，摩擦系數(shù)相對較高，這因為六邊形直徑與溝槽寬度綜合作用，能夠最大限度地降低磨損，提高摩擦片的工作能力和使用壽命。這說明合理地設計摩擦片表面結(jié)構(gòu)，不僅能夠滿足動力傳遞的要求，同時可以降低磨損，節(jié)省材料，進而達到了改善離合器耐磨性能的要求。

仿生；離合器：設計；摩擦片；磨損；大泛樹蛙

0 引 言

濕式離合器是重型拖拉機動力換擋的關鍵部件，隨著傳動系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和功率密度的提高，現(xiàn)有濕式離合器已經(jīng)不能完全滿足使用要求，經(jīng)常由于過載而發(fā)生打滑現(xiàn)象導致摩擦副過度磨損、局部燒損、鋼片翹曲等問題而失效[1]，成為車輛傳動系統(tǒng)的易損件之一。為使摩擦片摩擦系數(shù)保持穩(wěn)定并加強油液的冷卻效果，摩擦片表面通常開有一定的油槽，試驗表明，不同的油槽形式如油槽深度、寬度、布置形式等都會影響摩擦片的磨損性能[2-3]。

在摩擦片油槽的優(yōu)化和研究方面，A. Khamlichi以及孟永鋼等對離合器表面油槽及摩擦特性進行了大量優(yōu)化設計并給出了相應的加工方法[4]；孟永鋼等[5-6]在充分了解濕式摩擦片的材料、分析把握濕式離合器的工作原理及常見的摩擦片油槽結(jié)構(gòu)的基礎上分析了離合器冷卻效果、摩擦性能與不同摩擦片油槽結(jié)構(gòu)之間的關系，重點研究了油槽結(jié)構(gòu)對離合器工作的影響機制；Le等[7]開發(fā)了熱彈性模型用于研究濕式多片離合器油槽的影響，張金樂等[8]利用理論建模的方法研究了濕式離合器接合過程，綜合考慮了摩擦材料的粗糙度、波紋度、可變形性和滲透性對摩擦副產(chǎn)熱情況的影響。北京理工大學馬彪等[9]研究了濕式離合器潤滑油溫升的影響因素，重點考察了離合器內(nèi)部油路結(jié)構(gòu)、離合器空轉(zhuǎn)速度、摩擦副間隙、摩擦片油槽形式及尺寸。從以上研究可以看出，眾多學者對摩擦副表面油槽的優(yōu)化分析建立了相對完備的理論，但油槽的優(yōu)化對摩擦磨損性能的影響規(guī)律還沒有統(tǒng)一的結(jié)論，在濕式離合器的實際工作過程中，摩擦副打滑磨損的現(xiàn)象仍十分普遍。通過仿生方法優(yōu)化摩擦片表面結(jié)構(gòu)、改善其表面耐磨性能的研究工作日益受到重視。

濕式離合器摩擦片耐磨性直接影響離合器壽命及動力換檔的可靠性[10-11]，目前市場上應用的重型拖拉機摩擦片[12]多以高轉(zhuǎn)速低負載的汽車摩擦片為參考設計，其耐磨性不能滿足低轉(zhuǎn)速、高負載，且檔位多變的重型拖拉機動力換擋需求，亟需開發(fā)優(yōu)異摩擦性能的濕式離合器摩擦片。本文從仿生學原理出發(fā)，以濕式摩擦片表面油槽結(jié)構(gòu)為研究對象，對其進行仿生優(yōu)化設計并進行試驗驗證，得到具有優(yōu)良摩擦性能的濕式離合器摩擦片表面油槽形式。

1 材料與方法

樹蛙作為適應能力極強的兩棲類生物，成體經(jīng)常生活在樹上，指、趾末端膨大成橢圓形，具有優(yōu)異的攀爬能力。鑒于其在濕潤環(huán)境下強大的附著和運動特性與濕式離合器的摩擦片的工作過程相比具有結(jié)構(gòu)、材料和環(huán)境上的相似性。因此，對該生物接觸表面間的相互作用方面的研究具有積極的借鑒意義。

選取大泛樹蛙（polypedates dennysi）為研究對象。大泛樹蛙屬無尾目（anura）新蛙亞目（neobatrachia）樹蛙科（rhacophoridaae）泛樹蛙屬（polypedates），體型較大，成年個體體長60～100 mm，體重30～100 g。指、趾末端膨大成明顯的橢圓形，質(zhì)地略為透明。其廣泛分布于我國的浙江、安徽、福建、江西等地[13-14]。本文研究工作中首先利用顯微鏡對樹蛙的足墊微觀結(jié)構(gòu)進行觀察分析，從結(jié)構(gòu)和材料的結(jié)合上探索其機理，并運用于仿生結(jié)構(gòu)設計中。

1.1 試驗方法

通過觀察樹蛙趾端微觀結(jié)構(gòu)，了解其結(jié)構(gòu)特點及摩擦附著特性的作用機理。根據(jù)觀察到的結(jié)構(gòu)設計出若干種表面油槽形式，制備試驗樣件，利用摩擦磨損試驗機進行磨損試驗，分析其摩擦性能，最終確定具有較好耐磨性能的表面結(jié)構(gòu)。

1.2 掃描電鏡試驗樣本制備

選用中國大樹蛙為試驗研究對象，在進行掃描電鏡試驗前對其作如下處理：

1）試驗前3 d停止向樹蛙喂食，試驗時剪下樹蛙足趾，并在0.2 mol/L的磷酸鹽緩沖液中清洗2次，每次5 min，之后放在載玻片上，將載玻片放入無菌培養(yǎng)皿中保存；

2）清洗。將初步清洗過的樹蛙足趾樣本放入裝有足量清水的超聲波清洗機中清洗30 min，之后用磷酸鹽緩沖液清洗2次，每次5 min；

3）固定。用福爾馬林固定樣本4 h，之后用磷酸鹽緩沖液清洗3次，每次15 min；

4）脫水。用無水乙醇在燒杯中配置濃度分別為30%，50%，65%，75%，85%，,90%，95%的乙醇溶液，將樣本按照低濃度到高濃度的順序依次在30%，50%，65%，75%，85%，90%，95%的乙醇溶液中脫水各1次，每次30 min，最后在無水乙醇中脫水2次，每次40 min；

5）干燥。將脫水后的樣本放回無菌培養(yǎng)皿，在冷凍干燥儀內(nèi)干燥12 h后拿出；

6）粘臺和噴金。由于試驗樣本為生物樣本，經(jīng)過脫水干燥后多為絕緣體，所以需要進行噴金處理，以增強試樣的導電性能。噴金處理后，將樹蛙足趾樣本固定在掃描電子顯微鏡的旋轉(zhuǎn)載物臺上，粘貼的時候注意不要破壞樣本的表面。

1.3 樹蛙趾端結(jié)構(gòu)的觀測結(jié)果與分析

由于樹蛙趾端脫水干燥的原因，掃描電鏡下看到的溝槽分割結(jié)構(gòu)有輕微收縮變形，但輪廓更加清晰，如圖1a所示，樹蛙趾端表面被溝槽分割成的結(jié)構(gòu)有四邊形、五邊形、六邊形，以六邊形結(jié)構(gòu)居多。重點觀察了六邊形結(jié)構(gòu)，如圖1b所示，樹蛙趾端的六邊形結(jié)構(gòu)大小均勻，直徑約為12m，多邊形之間形成的溝槽寬度約為1.5m。通常認為樹蛙體表分泌的黏液在圍繞著六邊形結(jié)構(gòu)的溝槽內(nèi)循環(huán)流動。龍華[15]通過對10種魚表皮的顯微觀察，在某些魚類體表上也發(fā)現(xiàn)了同樣的六邊形結(jié)構(gòu)。經(jīng)過研究，Scherge等[16]發(fā)現(xiàn)在蟋蟀吸附組織表面也分布有類似的六邊形結(jié)構(gòu)。圖1c所示為放大5 000倍時的六邊形結(jié)構(gòu)，可以看到六邊形結(jié)構(gòu)表面分布著更加細密的超微溝槽分割結(jié)構(gòu)，進一步放大，如圖1d所示，可以看到這些超微結(jié)構(gòu)是由更小的六邊形結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，尺寸僅0.2m，但在本文中的濕式摩擦片中這些細微結(jié)構(gòu)對其試驗結(jié)果影響太小，因此不予考慮。

圖1 掃描電鏡下的樹蛙趾表面結(jié)構(gòu)

分析可知，樹蛙趾端吸盤表面的溝槽分割結(jié)構(gòu)，有利于降低足趾剛度，增加柔韌性；同時，樹蛙體表分泌的黏液可以在溝槽內(nèi)流動，當足趾與其他表面接觸時，溝槽就能夠排開接觸表面過多的液體，使得樹蛙趾端與接觸面充分接觸形成吸盤狀的粘附作用。在趾端吸盤表面微結(jié)構(gòu)的總數(shù)量保持恒定的條件下，采用六邊形輪廓的結(jié)構(gòu)可以保證整個趾端吸盤表面與其他表面接觸時，接觸面積最大，溝槽總長度最小。接觸面積大，則接觸應力??；溝槽長度短，則便于黏液快速循環(huán)流動[17-18]，與其他表面接觸時能夠更快地排開接觸表面過多的 液體，迅速吸附。多種生物都具備這種六邊形微觀結(jié)構(gòu)，說明六邊形結(jié)構(gòu)是一種有利于生物生存活動的優(yōu)化 結(jié)構(gòu)。

1.4 摩擦片表面結(jié)構(gòu)仿生設計及試驗方案

濕式離合器摩擦片表面上的溝槽具有如下作用：一是潤滑油從摩擦片表面流過時，能夠使摩擦片表面得到更好的冷卻和潤滑，同時流動的潤滑油還可以帶走摩擦表面上磨損產(chǎn)生的碎屑微粒[19-20]，對摩擦表面起到清潔的作用。二是當主、從片開始接合時，溝槽的存在有利于摩擦表面上的潤滑油快速匯集到溝槽中然后流走，實現(xiàn)快速接合，同時當2片摩擦片相對滑磨時，油槽的存在能夠有效刮油和破壞油膜，使2片摩擦片處于固-液臨界摩擦狀態(tài)，摩擦系數(shù)增大。

通常摩擦表面的溝槽形狀[21]有徑向槽、螺旋槽、弧形菱狀槽、方形槽、復合槽（徑向槽加螺旋槽）。首先溝槽形狀不同，摩擦片性能不同，相同形狀的溝槽，其寬度、深度和密度的變化也會影響摩擦片摩擦性能[22-23]。溝槽的存在雖然增大了摩擦系數(shù)，但同時也減少了摩擦面積，一定程度上加劇了摩擦片的磨損。為了在保證摩擦系數(shù)的同時，盡量降低磨損，提高濕式離合器摩擦片的耐磨性能，依據(jù)樹蛙趾端吸盤的表面結(jié)構(gòu)應用于濕式離合器摩擦片表面結(jié)構(gòu)的設計上。表面結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)主要包括六邊形直徑、溝槽寬度、溝槽深度、溝槽剖面形狀等。任一參數(shù)的變化都將產(chǎn)生不同的效果，影響摩擦系數(shù)和耐磨性能。參照仿生原型的機理與市場上銷售的濕式離合器摩擦片、具體試驗因素、水平與方案的確定如下：選取8、12和15 mm作為正六邊形直徑的個3試驗水平，選取1、1.5和2 mm作為溝槽寬度的3個試驗水平，選取1、2和3 mm作為溝槽深度的3個試驗水平。

表1 試驗因素和水平

由于試驗設備加工精度和范圍有限，最終確定此次用于摩擦磨損試驗的試件僅改變六邊形直徑和溝槽寬度2個因素，考慮到溝槽深度對摩擦片散熱能力的影響，溝槽深度應盡可能增大，又因為溝槽深度過大時，潤滑油膜承載能力會降低，最終將溝槽深度統(tǒng)一確定為1 mm，溝槽剖面形狀則采用便于加工，應力集中小的圓弧形。

在同樣的試驗條件下，設計光滑試樣即10號試樣的作為對照組，具體試驗方案見表2。

表2 仿生非光滑模型試件的摩擦磨損試驗方案

本試驗方案的設計，主要是根據(jù)樹蛙足趾的微觀幾何結(jié)構(gòu)的觀察結(jié)果進行簡化并設計：以正六邊形為基本單元，單元之間互相平行，交錯排列。表面結(jié)構(gòu)均加工在一圓形底板上，試樣底板的直徑25 mm，厚度6 mm。

所有試樣的底板尺寸雖然相同，但由于正六邊形單元的外接圓直徑相同時溝槽寬度不同，溝槽寬度相同時，正六邊形單元直徑不同，所以任意2個表面結(jié)構(gòu)不同的試件，接觸面積都是不同的。設置相同正六邊形單元直徑的不同試件目的是為了考察底板面積相同時，由于溝槽寬度的不同造成的摩擦摩損效果上的差異；設置相同溝槽寬度的不同試件目的是為了考察底板面積相同時，由于正六邊形單元直徑的不同導致摩擦摩損效果上的差異。

1.5 仿生摩擦片樣件的制作

根據(jù)樣件設計圖，如圖2a（具體參數(shù)與編號可見表2），利用激光加工技術(shù)制備樣件。此次試驗中，仿生摩擦片試件均以普通HT250灰鑄鐵為材料，這種灰鑄鐵以珠光體和石墨為主要成分，硬度HB180～220。對磨件材料為45鋼，硬度為55HRC。每種結(jié)構(gòu)加工3個樣件，以減少試驗時的偶然誤差。加工樣件如圖2b所示。

a. 樣件設計圖

a. Prototype design drawing

b. 加工樣件

b. Prototype drawing

注：1～9為試樣編號。

Note：1-9 is the sample No.

圖2 樣件設計與加工圖

Fig.2 Prototype design and machining drawing

2 摩擦磨損試驗

摩擦磨損試驗在微觀摩擦磨損測試儀上完成的，該設備型號為UMT-2（美國CETR，如圖3）提供直線往復運動、旋轉(zhuǎn)運動和振動等多種運動方式。速度從0.1 mm/s（或0.001 r/min）到50 m/s（或10 000 r/min）。有恒力加載、線性加載和通過軟件實現(xiàn)對樣品的任意動態(tài)加載模式。施力范圍從0.1 mN(10 mg)到100 N（10 kg），水平移動最大距離，75 mm，垂直移動最大距離，150 mm，最大載荷，100 N，振動頻率，50 Hz。

圖3 摩擦磨損測試儀

2.1 試驗參數(shù)設定

試驗主要參數(shù)為：法向壓力80 N，轉(zhuǎn)速200 r/min。離合器摩擦片磨損量測量方式是拆卸后用精密天平稱質(zhì)量（也可用螺旋測微計測量厚度）。為使所得數(shù)據(jù)更為準確，需要在跑合10 min后開始正式試驗。具體的操作過程如下：將試件裝卡到試驗機的卡具上，設置法向壓力和轉(zhuǎn)速，開始進行跑合，跑合結(jié)束后，取下試件，冷卻至室溫，利用精密天平測量試件的質(zhì)量并記錄。然后將試件重新裝卡到試驗機的卡具上，根據(jù)需要調(diào)整載荷至80 N，轉(zhuǎn)速為200 r/min。為保證在相同條件下一定的磨損量，試驗時，將磨損試驗時間統(tǒng)一設置為30 min。試驗結(jié)束后將試件取下，再次利用精密天平測量試件的質(zhì)量并記下，最后將測得的數(shù)據(jù)，輸入計算機，計算出平均質(zhì)量差（即磨損量），通過試驗得到不同非光滑形態(tài)的摩擦片試樣的磨損量。重復3次以防止由于系統(tǒng)誤差造成的試驗數(shù)據(jù)不準確等情況。

2.2 試驗數(shù)據(jù)記錄與處理

對材料的磨損量進行測量，通常使用3種參數(shù)來表示，即線磨損量、體積磨損量、質(zhì)量磨損量。本文采用質(zhì)量磨損量作為表征參數(shù)，同時定義磨損量與磨損前質(zhì)量的比值作為相對磨損率。摩擦系數(shù)由試驗設備自帶的系統(tǒng)記錄分析得到。每次10組，每組重復3次。

2.3 試驗結(jié)果與分析

摩擦系數(shù)試驗數(shù)據(jù)見表3，磨損量相關數(shù)據(jù)見表4。對試驗數(shù)據(jù)進行極差分析法處理得到9種不同試樣的摩擦系數(shù)和平均相對磨損率曲線，如圖4所示。衡量材料耐磨性的重要指標是摩擦系數(shù)和磨損量[15],而摩擦片工作時一方面需要足夠的摩擦系數(shù)來保證接合時的動力傳遞，另一方面要盡可能降低磨損來保證離合器使用壽命。分析曲線可知，在試驗條件下，最合適的表面結(jié)構(gòu)為5號試件，即正六邊形直徑為12 mm，溝槽寬度為1.5 mm時，磨損量最低，摩擦系數(shù)相對較高。光滑試件的磨損量為5.83±1.15 mg，均比其他非光滑試件（其中最大磨損量只為5.33±0.12 mg）的磨損量大，也就是說，具有仿生表面結(jié)構(gòu)的試件比光滑表面試件的耐磨性均有所提高。仿生表面結(jié)構(gòu)能提高試件的耐磨性主要有3方面的原因：1）溝槽便于潤滑油流動，提高了散熱系數(shù)；2）溝槽可以儲存磨屑，減少了磨粒磨損；3）溝槽增大了散熱空間，便于散熱。下面對試驗結(jié)果進行進一步分析。

表3 摩擦系數(shù)試驗數(shù)據(jù)

表4 磨損量試驗數(shù)據(jù)

圖4 不同試樣摩擦磨損特性對比

由圖5不同六邊形直徑的樣件摩損情況可知，隨著六邊形直徑的增大，磨損量不斷增加。

圖5 不同六邊形直徑的樣件摩損情況

由圖6可知，只考慮溝槽寬度這一因素時，隨著溝槽寬度的增加，樣件磨損量先減少后增加?？梢酝普摿呅沃睆皆酱?，越接近于光滑結(jié)構(gòu)，耐磨效果越差。5號試樣最優(yōu)是六邊形直徑與溝槽寬度綜合作用的結(jié)果，其中溝槽寬度為主要影響因素。溝槽寬度過小，摩擦磨損過程中產(chǎn)生的磨屑會堵塞溝槽，冷卻油流動受阻，容易引起溫升，加劇磨損；溝槽寬度過大，實際接觸面積減少，摩擦片承受的應力變大，一方面會導致材料的強度降低，表面結(jié)構(gòu)變形，耐磨效果變差，另一方面還會導致摩擦力增大，從而磨損量增加。因此，溝槽寬度在1.5 mm附近時，樣件磨損量最低。

圖6 不同溝槽寬度的樣件摩損情況

3 結(jié) 論

本文通過對樹蛙趾端微觀結(jié)構(gòu)的觀察，基于相似工程學原理，設計出若干種摩擦片表面結(jié)構(gòu)，采用激光加工技術(shù)制作樣件，進行試驗驗證與分析，考察其摩擦磨損性能。得出以下主要結(jié)論：

1）樹蛙趾端微觀結(jié)構(gòu)為致密的六邊形溝槽分割微結(jié)構(gòu)，六邊形微結(jié)構(gòu)大小均勻，直徑約為12m；相鄰的六邊形結(jié)構(gòu)之間被寬度約為1.5m窄溝槽隔開，根據(jù)提取到的結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用仿生學方法，設計了摩擦片表面溝槽結(jié)構(gòu)。

2）樹蛙趾端的溝槽能快速排開接觸表面過多的液體，形成吸盤狀的黏附作用，采用六邊形輪廓的結(jié)構(gòu)可以保證整個趾端吸盤表面與其他表面接觸時，接觸面積最大，溝槽總長度最小，因此樹蛙在與濕滑基底接觸時表現(xiàn)出很強的黏附力和摩擦力，仿生摩擦片具備這些特點更能滿足傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的要求。

3）仿生非光滑結(jié)構(gòu)比不具有溝槽的光滑六邊形結(jié)構(gòu)具有更好的摩擦磨損特性，即磨損量低而摩擦系數(shù)高，最優(yōu)組合參數(shù)為正六邊形外接圓直徑為12 mm，溝槽寬度為1.5 mm，溝槽深度為1 mm的表面結(jié)構(gòu)既能改善耐磨性能，又能提高工作能力。

4）在壓力80 N，轉(zhuǎn)速200 r/min的摩擦磨損試驗條件下正六邊形外接圓直徑為12 mm，溝槽寬度為1.5 mm，溝槽深度為1 mm的表面結(jié)構(gòu)耐磨性能最優(yōu)。這是六邊形直徑與溝槽寬度綜合作用的結(jié)果，能夠最大限度地降低磨損，提高摩擦片使用壽命，進而達到改善離合器耐磨性能的要求。

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Design and test of biomimetic wear resistant for wet clutch friction plate for heavy tractor

Tan Lidong1, Zong Xuanjie1, Chang Zhiyong2, Wang Yanbo1, Chen Donghui2

(1.130022,; 2.130022,)

Wet clutch of heavy tractor is an important executive component of power shift gearbox. The wear failure of the friction pair is one of the main reasons for the overall performance degradation of the transmission system. To reduce the huge resource and economic loss caused by it, a wear-resistant clutch friction plate was designed. In this paper, from the perspective of bionics, the big tree frog was used as the experimental research object, and the toe end was observed by scanning electron microscopy. The microstructure of the toad end of the tree frog is quadrilateral, pentagon, hexagonal, and the hexagonal structure is mostly. The structure is uniform in size and has a diameter of about 10m. The microstructures have a groove between the outlines and a groove width of about 1 μm. Studies have shown that the mucus secreted by the body surface of the tree frog circulates in the groove surrounding the hexagonal structure, enhancing its adhesion, which is the coefficient of friction, in a humid environment. Tree frogs exhibit strong adhesion and friction when in contact with slippery substrates. With these characteristics, the bionic friction linings can better meet the requirements of transmission motion and torque. The toad parameters of the tree frog were extracted, the surface structure of the friction lining was optimized, and the dense hexagonal groove division structure of the toad end of the tree frog was further highlighted and simplified. The oil sump structure on the surface of the wet clutch friction plate of the heavy tractor was similarly designed. Nine kinds of bionic samples were designed for the design idea and the samples were made by laser processing technology. The friction and wear tests were carried out on a micro-friction and wear tester, and the differences of friction and wear with different hexagonal diameters and different groove widths were studied. The test results showed that the bionic non-smooth structure has better wear resistance than the smooth structure, and the regular hexagon has a diameter of 12 mm. When the groove width is 1.5 mm, the wear amount is the lowest and the friction coefficient is relatively high. The combined shape diameter and groove width can minimize wear and improve the service life of the friction plate, thus achieving the requirement of improving the wear resistance of the clutch.

bionic; clutch; design; friction plate; wear; tree frog

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.007

U463.211+.1

A

1002-6819(2018)-19-0054-06

2018-06-20

2018-08-22

國家重點研發(fā)計劃課題（2016YFD0701102）；吉林省教育廳“十三五”項目（JJKH20180083KJ，JJKH20170808KJ）；吉林省科技廳重點研發(fā)（20180201038GX）

譚立東，副教授，博士，主要從事車輛行駛可靠性與安全技術(shù)研究。Email：tanld@jlu.edu.cn

譚立東，宗宣潔，常志勇，王艷博，陳東輝. 重型拖拉機濕式離合器摩擦片耐磨仿生設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34(19)：54－59. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.007 http://www.tcsae.org

Tan Lidong, Zong Xuanjie, Chang Zhiyong, Wang Yanbo, Chen Donghui. Design and test of biomimetic wear resistant for wet clutch friction plate for heavy tractor[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE),2018, 34(19): 54－59. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.19.007 http://www.tcsae.org