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1、1,第二章 離合器設(shè)計(jì),本章主要學(xué)習(xí)內(nèi)容： （1）汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求 （2）各種形式汽車離合器的特點(diǎn)及應(yīng)用 （3）離合器基本參數(shù)的選擇及優(yōu)化 （4）膜片彈簧主要參數(shù)的選擇及優(yōu)化 （5）扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) （6）離合器的操縱機(jī)構(gòu),2,第一節(jié) 概 述 一、功用 離合器的主要功能是切斷和實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞。 主要作用： (1)汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步； (2)在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊； (3)限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系各零件因過(guò)載而損壞； (4)有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。,3,工作原理,4,二、組成,

2、5,三、設(shè)計(jì)要求 1、可靠的傳遞Temax ，又能防止傳動(dòng)系過(guò)載； 2、接合平順柔和，起步時(shí)無(wú)抖動(dòng)、沖擊； 措施：使從動(dòng)盤有軸向彈性 3、分離迅速，徹底； 措施：提高分離杠桿剛度 4、從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?。?5、防止傳動(dòng)系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振； 6、操縱輕便； 7、吸熱、散熱能力強(qiáng)； 過(guò)熱的危害：壓盤燒裂，摩擦因數(shù)下降 措施：殼上開通風(fēng)口；增大壓盤質(zhì)量 8、壓緊力和摩擦因數(shù)在使用中的變化要小,6,傳統(tǒng)推式膜片離合器向拉式膜片離合器發(fā)展 傳統(tǒng)手動(dòng)操縱向自動(dòng)操縱形式發(fā)展 能適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)高轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩要求 操縱簡(jiǎn)化 可靠性更好、壽命更長(zhǎng),四、離合器的發(fā)展趨勢(shì),7,第二節(jié)離合器的結(jié)構(gòu)方案分析 一、分類,8,

3、單片離合器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，分離徹底。 傳遞轉(zhuǎn)矩能力差，適合轎車和輕、 微型客、貨車。,二、從動(dòng)盤數(shù)的選擇,9,雙片離合器 傳遞轉(zhuǎn)矩能力較大，結(jié)合平順、柔和，徑向尺寸較小，踏板力較小。 中間盤通風(fēng)散熱差，分離行程較大，不易分離徹底，軸向尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大。 適合中、重型貨車,10,多片離合器 多為濕式。接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小，使用壽命長(zhǎng)。 但是分離行程大，分離不徹底，軸向尺寸和從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大。 主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。,11,,單片與雙片對(duì)比,12,周置彈簧離合器 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易；

4、 但當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高時(shí)，在離心力作用下會(huì)向外彎曲。 中央彈簧離合器 可得到較大的杠桿比，操縱輕便，調(diào)整壓緊力容易； 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軸向尺寸大，多用于重型汽車上 斜置彈簧離合器 摩擦片磨損或分離離合器時(shí)，壓盤所受壓緊力幾乎不變，工作性能穩(wěn)定、踏板力較小。,三、壓緊彈簧與布置形式的選擇,13,斜置彈簧離合器 襯片磨損后，彈簧伸長(zhǎng)，則F，但后，cos，使得F基本不變 離合器分離時(shí)，彈簧被壓縮，則F，但后，cos，使得F基本不變,14,膜片彈簧離合器 膜片彈簧由碟簧部分和分離指部分組成 （1）具有較理想的非線性彈性特性；（2）兼起壓緊彈簧和分離杠桿作用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，質(zhì)量?。唬?

5、）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能穩(wěn)定；（4）壓力分布均勻，磨損均勻；（5）通風(fēng)散熱好，壽命長(zhǎng)；（6）平衡性好 制造工藝復(fù)雜，制造成本高，對(duì)材質(zhì)和尺寸精度要求高，非線性彈性特性不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部易磨損,15,,膜片彈簧離合器與圓柱彈簧離合器對(duì)比,16,拉式與推式膜片彈簧離合器,,1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更??； 2）膜片彈簧的直徑較大，提高了傳遞轉(zhuǎn)矩的能力； 3）離合器蓋的變形量小，分離效率高； 4）杠桿比大，傳動(dòng)效率較高，踏板操縱輕便。 5）在支承環(huán)磨損后不會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪聲。 6）使用壽命更長(zhǎng)。 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝和拆卸較困難，且分離行程略比推式大些,,,17,,拉式

6、與推式的主要區(qū)別膜片彈簧安裝方向相反，支承方式不同,18,膜片彈簧支承形式,推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式,推式膜片彈簧單支承環(huán)形式,推式膜片彈簧無(wú)支承環(huán)形式,拉式膜片彈簧支承形式,19,第三節(jié) 離合器主要參數(shù)的選擇 一、離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力 1、取決于摩擦面間的靜摩擦力矩： Tc=fFZRc 式中：F工作壓力；f摩擦因數(shù) （0.250.30）； Z摩擦面數(shù)；Rc 平均摩擦半徑 2、整個(gè)摩擦面的摩擦力矩： 假設(shè)摩擦面單位壓力為p0，且壓力分布均勻,20,dT=fp0ds=fp02dd 則 對(duì)于具有Z個(gè)摩擦面的離合器,3、摩擦面的單位壓力p0：,代入Tc表達(dá)式得,又Tc=fF

7、ZRc,21,4、離合器的后備系數(shù) 離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比， =Tc/Temax。 為了保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，要求： 1。 選擇時(shí)，應(yīng)考慮在磨損后離合器仍能可靠傳遞最大轉(zhuǎn)矩、防止離合器滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、防止傳動(dòng)系過(guò)載、操縱輕便性等因素,比較，得,當(dāng)d/D0.6時(shí)，有,于是得到靜摩擦力矩,0.53c0.70,22,二、離合器主要參數(shù)的選擇 1、后備系數(shù) 考慮以下因素，不宜選取過(guò)大： 防止傳動(dòng)系過(guò)載； 緊急接合離合器，T傳（23）Temax 不松開離合器、緊急制動(dòng)，T傳=（1520）Temax 保證離合器尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。 減少踏板力，操縱輕便。（單位壓力?。?/p>

8、 發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)多，轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)， 可取小些。 膜片彈簧離合器可以取小。（壓緊力穩(wěn)定） 發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好。,23,下列因素要求不宜選取過(guò)小： 襯片磨損后，仍能可靠傳遞Temax，宜取大些； 防止離合器接合時(shí)滑磨過(guò)大，導(dǎo)致壽命下降； 汽車總質(zhì)量大； 使用條件惡劣，有拖掛，為提高起步能力； 柴油機(jī)因工作粗暴，轉(zhuǎn)矩不平穩(wěn)，宜取大些。,,,24,2、單位壓力p0,應(yīng)考慮離合器工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率、摩擦片尺寸、后備系數(shù)等因素,25,也可由經(jīng)驗(yàn)公式確定：,3、D、d、b （1）D 影響離合器外廓尺寸、質(zhì)量、使用壽命 Tc=fZp0D3(1-c3)/12=Temax,,摩擦片材料確定，則f已知

9、；離合器結(jié)構(gòu)形式確定，則Z已知；發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩確定，即Temax已知，由此可估算D（c:0.530.70）,(mm),26,（2）d D不變，若d取小時(shí) 摩擦面積增加，Tc增加； 但壓力分布不均勻；內(nèi)外圓圓周速度差別大；減振器安裝困難、散熱困難。 D、d、b應(yīng)符合國(guó)標(biāo)GB/T5764-1998汽車用離合器 面片。 （3）b 摩擦片厚度主要有3.2，3.5和4.0mm三種 （4）摩擦因數(shù)f 取決于材料 石棉基材料 f=0.2-0.35 粉末冶金材料 f=0.25-0.5 金屬陶瓷材料 f=0.4 （5）摩擦面數(shù)Z 為從動(dòng)盤數(shù)兩倍，決定于所需傳遞的T （6）離合間隙t 分

10、離軸承與分離杠桿之間的間隙（3- 4mm）,27,第四節(jié)離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 以減小結(jié)構(gòu)尺寸為目標(biāo)的基本參數(shù)的優(yōu)化 1.設(shè)計(jì)變量 =Tc/Temax=fFZRc/ Temax 取決于F、D、d。 p0=4F/(D2-d2) p0取決于 F、D、d。 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量為：,28,2.目標(biāo)函數(shù) 參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是，在保證性能的條件下結(jié)構(gòu)尺寸（D、d）盡可能小。即目標(biāo)函數(shù)： 3.約束條件 1) D應(yīng)保證 最大圓周速度Vd 6570m/s 2) 摩擦片內(nèi)外徑比c 0.53c0.70 3)離合器后備系數(shù),29,4) d d2R

11、0+50 R0減振彈簧位置半徑 保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝 5) 防止過(guò)載的能力 單位面積傳遞的轉(zhuǎn)矩 6),為單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值,30,7) 單位摩擦面積的滑磨功w W起步時(shí)，接合離合器產(chǎn)生的滑磨功,31,優(yōu)化過(guò)程,（1）,g1(X)=x2(60*65*1000)/(*nemax) (60*70*1000)/(*nemax）,變量為X=F D dT 目標(biāo)函數(shù)為f(x)=min(D2-d2)/4,（2）0.53c0.70,g2(X)=x2/x3-0.530 g3(X)=0.7-x2/x3 0,.,.,.,.,.,.,.,依據(jù)

12、約束條件建立若干個(gè)不等式約束及目標(biāo)函數(shù)所組成的非線性優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，再經(jīng)過(guò)軟件完成優(yōu)化,32,1. 某汽車采用普通有機(jī)摩擦材料做摩擦片的單片離合器。已知： 從動(dòng)片外徑 D= 355.6mm 從動(dòng)片內(nèi)徑 d = 177.8mm 摩擦系數(shù) f =0.25 摩擦面單位壓力 P0 =0.16N/mm2 求該車離合器可以傳遞的最大摩擦力矩,例題,Tc=fZp0D3(1-c3)/12,33,2. 某廠新設(shè)計(jì)一載重量為 4t 的農(nóng)用汽車，其發(fā)動(dòng)機(jī)為 6100Q水冷柴油機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩Me=340N m/17001800 轉(zhuǎn) / 分。試初步確定離合器的主要尺寸。（取 f =0.25 ）,例題,解：（1）首先確

13、定D,取KD=14，得D=258mm 查表4-1，取D=280mm，d=165mm ，h=3.5mm,（2）確定后備系數(shù) 根據(jù)車型取 =1.6,（3）確定離合器傳遞的最大靜摩擦力矩 Tcmax=Temax=544N m,34,（4）校核po 由Tcmax=Temax=fZp0D3(1-c3)/12得 p0=0.19MPa 查圖4-10，得p00.185MPa 故滿足要求,35,二. 膜片彈簧的彈性特性,36,二. 膜片彈簧的彈性特性 1. 碟簧子午斷面坐標(biāo)系 膜片彈簧受載后，碟簧子午斷面繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，該點(diǎn)切向應(yīng)變與應(yīng)力均為零，稱之為中性點(diǎn)。 將坐標(biāo)原點(diǎn)取在中

14、性點(diǎn)處。,,e中性點(diǎn)半徑（mm） 自由狀態(tài)下碟簧的圓錐底角 子午斷面的轉(zhuǎn)角,37,2. 膜片彈簧的變形,H內(nèi)截錐高；h板厚； R、r自由狀態(tài)時(shí)大、小端半徑；R1 、 r1壓盤、支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑；,38,3. 碟簧變形與載荷的關(guān)系,式中：H內(nèi)截錐高；h板厚； R、r自由狀態(tài)時(shí)大、小端半徑； R1 、 r1壓盤、支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑；,39,4.分離指變形與載荷的關(guān)系,40,三. 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算 1.切向應(yīng)力在碟簧子午斷面中的分布,=0的等應(yīng)力線：y=(-/2)x K點(diǎn)為所有等應(yīng)力線交點(diǎn)： （-e,- (-/2)e ）,41,2.碟簧最大切向應(yīng)力點(diǎn),最大壓應(yīng)力在B點(diǎn)（-(e-r), h

15、/2） ：,具有極大值。變形過(guò)程中，壓應(yīng)力最大值對(duì)應(yīng)的夾角： 最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在A點(diǎn),42,3.B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力 在分離軸承推力作用下，B點(diǎn)還受彎曲作用。 彎曲應(yīng)力： 根據(jù)最大切應(yīng)力理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為：,采用60Si2MnA材料，jB許用應(yīng)力小于15001700MPa,裂紋首先產(chǎn)生于B點(diǎn)，但對(duì)碟簧承載能力影響不大；繼而A點(diǎn)產(chǎn)生裂紋，直至使碟簧破壞,裂紋產(chǎn)生過(guò)程及特點(diǎn),43,四.主要參數(shù)的選擇 1.H/h 和 h H/h決定了膜片彈簧彈性特性曲線的形狀。 推薦 H/h =1.52.0， h =24mm,44,2. R/r和R、r的選擇 比值R/r大，則 彈簧材料利用率低； 彈簧剛度大； 彈

16、性特性曲線受直徑誤差影響大； 應(yīng)力越高。 推薦R/r =1.201.35 為使壓力分布均勻，推式：RRc（摩擦片平均半徑） 拉式： r Rc 相同尺寸摩擦片：R拉R推 3.H/(R-r)，一般在915,45,4.膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇 拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧壓平的位置； 工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，靠近H點(diǎn)處。 1B =(0.81.0)1H 5. 分離指數(shù)目n 12n24 一般取18,,,,46,6. r0、rf,r0由離合器結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于輸入軸花鍵外徑,應(yīng)滿足rfr0,7. 1、2、re,1=3.23.5mm，2=910mm，re滿足r-re2,8. R1、r1,

17、取值會(huì)影響彈簧剛 度 r1r，R1