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1、第 二 章離 合 器 設(shè) 計 第二章 離合器設(shè)計 本章主要學(xué)習(xí)：（1）汽車離合器設(shè)計的基本要求；（2）各種形式汽車離合器的特點及應(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； （6）離合器的操縱。 第二章 離合器設(shè)計v 第 一 節(jié) 概 述v 第 二 節(jié) 離 合 器 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 分 析v 第 三 節(jié) 離 合 器 主 要 參 數(shù) 的 選 擇v 第 四 節(jié) 離 合 器 的 設(shè) 計 與 計 算v 第 五 節(jié) 扭 轉(zhuǎn) 減 振 器 的 設(shè) 計v 第 六 節(jié) 離 合 器 的 操 縱 機 構(gòu)v 第 七 節(jié) 離 合 器 結(jié) 構(gòu) 元 件 摩擦離合器

2、主要組成?第一節(jié) 概述 離合器工作原理離合器主要作用? 汽車離合器設(shè)計的基本要求? 1）能傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩。 2）接合時平順柔和。 3）分離時要迅速、徹底。 4）減輕換擋時變速器齒輪間沖擊。 5）散熱好，保證離合器的使用壽命。 6）避免傳動系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，吸振、緩沖。 7）操縱輕便、準確。 8）作用在從動盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)使用過程變化要盡可能小，保證有穩(wěn)定的工作性能。 9）應(yīng)有足夠的強度和良好的動平衡。 10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。 第二節(jié) 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析 按其從動盤的數(shù)目單片雙片多片根據(jù)壓緊彈簧布置形式圓周布置中央布置斜向布置膜片彈簧根據(jù)使用

3、的壓緊彈簧形式 圓柱螺旋彈簧 圓錐螺旋彈簧 膜片彈簧離合器根據(jù)分離時所受作用力的方向拉式推式 1從動盤數(shù)的選擇 單片離合器（圖2-1）結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證分離徹底、接合平順。 圖2-1 單片離合器 雙片離合器傳遞轉(zhuǎn)矩大，徑向尺寸小，踏板力小，接合平順。但中間壓盤通風(fēng)散熱不良，分離不夠徹底。圖2-2 雙片離合器 多片離合器主要用于行星齒輪變速器換擋機構(gòu)中。它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小，使用壽命長等優(yōu)點，主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。 2壓緊彈簧和布置形式的選擇 (1)周置彈簧離合器 (2)中央彈簧離合器 (3)斜置彈簧

4、離合器（1）襯片磨損后，彈簧伸長，則F，但后，cos，使得F基本不變（2）離合器分離時，彈簧被壓縮，則F，但后，cos，使得F基本不變。 近年來，膜片彈簧離合器不僅在轎車上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車以及客車上也被廣泛采用。 (4)膜片彈簧離合器 推式和拉式膜片彈簧離合器 3膜片彈簧支承形式 圖2-5 推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式 圖2-6 推式膜片彈簧單支承環(huán)形式 圖2-7 推式膜片彈簧無支承環(huán)形式 圖2-8 拉式膜片彈簧支承形式 第三節(jié) 離合器主要參數(shù)的選擇 離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為v （2-1）假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有 v （2-2）摩擦片的平均摩擦半徑Rc根據(jù)壓力

5、均勻的假設(shè)，可表示為 v （2-3）當d/D0.6時，Rc可相當準確地由下式計算v （2-4）將式（2-2）與式（2-3）代入式（2-1）得 式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.530.70之間。 為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計時Tc應(yīng)大于發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩，即v Tc=Temax （2-6）式中，Temax為發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩。 為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩之比，必須大于1。cc fFZRT 4 )( 2200 dDAF )(3 22 33 dD dDRc 4 dDRc )1(12 330 cDfZTc v （

6、2-5）2（ 離合器基本參數(shù)的選擇 基本參數(shù)主要有性能參數(shù)和0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度b等。1后備系數(shù) 離合器設(shè)計中的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。車型輕貨車、轎車1.201.75中、重、載貨車1.52.25越野車、牽引車1.84.0 2單位壓力p0 材料 P0(N/mm2)石棉基模壓0.150.25石棉基編織0.250.35燒結(jié)金屬 0.350.60 金屬陶瓷 0.701.50不同材料摩擦片單位壓力0的取值范圍 3摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度 在離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料選定、其他參數(shù)已知或選取后，結(jié)合式（2-1）和式（2-5）即可估算出摩擦片尺寸。 （2-7）

7、 摩擦片外徑D（mm）也可根據(jù)如下經(jīng)驗公式選用 （2-8） 式中：KD為直徑系數(shù) 3 30 max )1(12 cfZ TD e maxeD TKD 轎車14.5輕、中型貨車單片16.018.5雙片13.515.0重型貨車22.524.0 摩擦片內(nèi)徑d根據(jù)d/D在0.530.70之間來確定。D一定時，選用較小的d可增大摩擦面積，提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，但會使摩擦面上的壓力分布不均，使摩擦片內(nèi)外圓周的相對滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻，不利于散熱和扭轉(zhuǎn)減震器的安裝。所選的D應(yīng)使摩擦片最大圓周速度不超過6570m/s。摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。 4摩擦因數(shù)f、

8、摩擦面數(shù)Z和離合間隙 摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。各種摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍如下表： 材料 摩擦因數(shù)f石棉基模壓0.200.25石棉基編織0.250.35鐵基粉末冶金材料0.350.50金屬陶瓷 0.4 摩擦面數(shù)為從動盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。 離合間隙一般為34mm 第四節(jié) 離合器的設(shè)計與計算 一、離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 1 設(shè)計變量后備系數(shù)取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。單位壓力p0也取決于F和D及d。因此，離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計變量選為X=x1 x2 x3 T= F D d T 2 目標

9、函數(shù) 離合器基本參數(shù)優(yōu)化設(shè)計追求的目標是在保證離合器性能要求條件下，使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小，即目標函數(shù)為 224min dDxf 3 約束條件1)摩擦片的外徑D(mm)的選取應(yīng)使最大圓周速度D不超過6570ms，即（ 28 ）2)摩擦片的內(nèi)外徑比c應(yīng)在0.530.70范圍內(nèi)，即0.53c0.70 3) 為保證離合器可靠傳遞轉(zhuǎn)矩，并防止傳動系過載，不同車型的值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.24.0，即 1.24.0 4)為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2Ro約50mm，即 d2Ro+50 5)為反映離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值

10、，即（29）smDneD /75651060 3max 0220 4 ccc TdDZ TT 3 約束條件6)為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，單位壓力p0對于不同車型，根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，最大范圍p0為0.101.50MPa，即 0.10MPap01.50MPa7) 為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即（ 210 ）W為汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(W)，可根據(jù)下式計算 （ 211） 224 dDZ W 220 2221800 grae ii rmnW 二、膜片彈簧主要參數(shù)

11、的選擇 膜片彈簧的主要參數(shù)：內(nèi)截錐高度 H；h ；R；r ；n 圖-膜片彈簧的主要參數(shù) Hh一般為1.52.0，板厚h為24mm。 圖- H / h 對膜片彈簧彈性特性的影響 2. 比值Rr和R、r的選擇Rr一般為1.201.35。推式膜片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑Rc，拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc。3. 的選擇=arctan H(Rr) H(Rr)。一般在915范圍內(nèi)。4 . 膜片彈簧工作點位置的選擇B一般取在凸點M和拐點H之間，且靠近或在H點處，一般 1B =(0.81.0) 1H，C點應(yīng)盡量靠近N點。圖2-11 膜片彈簧的彈性特性曲線 5. 分離指數(shù)目n的選取1

12、8，24，12。6. 膜片彈簧小端內(nèi)徑r0及分離軸承作用半徑rf的選擇 r0最小值大于變速器第一軸花鍵的外徑。 r0應(yīng)大于rf7 . 切槽寬度1、2及半徑re的確定 1 =3.23.5mm， 2 =910mm， r- re 2 。8 . 壓盤加載點R1和支承環(huán)加載點r1的確定 圖212 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形 a)自由狀態(tài) b)壓緊狀態(tài) C)分離狀態(tài) 三、膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計 1. 目標函數(shù) xfxfxf 2211 （2-12） 2. 設(shè)計變量 圖212 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形 a)自由狀態(tài) b)壓緊狀態(tài) C)分離狀態(tài) X = x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x

13、7 T= H h R r R1 r1 1B T 3. 約束條件 1) 應(yīng)保證所設(shè)計的彈簧工作壓緊力F1B與要求壓緊力FY相等，即 F1B=FY 2) 為了保證各工作點A、B、C有較合適的位置(A點在凸點M左邊，B點在拐點H附近，C點在凹點N附近，如圖2-11所示)，應(yīng)正確選擇1B相對于拐點1H的位置，一般1B1H=0.81.0，即 0.18.0 111 rR rRHB (2-15) 3) 保證摩擦片磨損后仍能可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力F1A 應(yīng)大于或等于新摩擦片時的壓緊力F1B，即 F1AF1B 4) 為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的Hh與初始底錐角H(R-r)應(yīng)在一定范圍

14、內(nèi)，即 1.6Hh2.2 9H(R-r)15 5) 彈簧各部分有關(guān)尺寸比值應(yīng)符合一定的范圍，即1.20Rr1.35 702RA100 3.5Rr 05.0 (2-16) 6) 為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點半徑R1(或拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑r1)應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 推式：(D+d)4R1D2 拉式：(D+d)4r1D27) 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求，R1與R、r1與r、rf與r0之差應(yīng)在一定范圍，即1R1-R7 0r1-r6 0rf-r048) 膜片彈簧的杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即推式：2.3(r1- rf)(R1- r1)4.5 拉式：

15、3.5(R 1- rf)(R1- r1)9.09) 彈簧在工作過程中B點的最大壓應(yīng)力rBmax應(yīng)不超過其許用值，即rBmaxrB10) 彈簧在工作過程中A點(或A點)的最大拉應(yīng)力tAmax(或tAmax)應(yīng)不超過其相應(yīng)許用值，即 tAmaxtA 或tAmaxtA 11) 由主要尺寸參數(shù)H、h、R和r制造誤差引起的彈簧壓緊力的相對偏差不超過某一范圍，即B rRhH F FFFF 1 0 .05 (2-17) 12) 由離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的相對偏差也不得超過某一范圍，即 BBFF11 0 .05 (2-18) 式中，F(xiàn) 1B為離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的偏差值。 第五節(jié) 扭轉(zhuǎn)減振器

16、的設(shè)計扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。 扭轉(zhuǎn)減振器線性和非線性特性 圖2-13 單級線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性 圖2-14 三級非線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性 減振器的主要參數(shù)減振器的扭 轉(zhuǎn) 剛 度 k和阻尼摩擦元件間的摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 T是兩個主要參數(shù)。其設(shè)計參數(shù)還包括極 限 轉(zhuǎn) 矩 TJ、預(yù) 緊 轉(zhuǎn) 矩 Tn和極 限 轉(zhuǎn) 角 等 J 。 20R1 極限轉(zhuǎn)矩TJTJ= (1.52.0) Temax (2-19) 圖2- 15 減振器尺寸簡圖 2 扭轉(zhuǎn)剛度kT=1000KZj (2-20) k=1000KZj 20R設(shè)計時可按經(jīng)驗來初選k k13TJ (2-22) (2-

17、21) 3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩TT=(0.060.17) Temax (2-23)4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn Tn=(0.050.15) Temax (2-24)5 減振彈簧的位置半徑Ro Ro=(0.600.75) d/2 (2-25) 6 減振彈簧個數(shù)Z j 7 減振彈簧總壓力F F=TJ/ Ro (2-26) 8 極限轉(zhuǎn)角 02arcsin2 Rlj (2-27) 目 前 從 動 盤 減 振 器 在 特 性 上 存 在 如 下 局 限 性 ： 1) 通用的從動盤減振器不能使傳動系振動系統(tǒng)的固有頻率降低到怠速轉(zhuǎn)速以下，因此不能避免怠速轉(zhuǎn)速時的共振。 2) 它在發(fā)動機實用轉(zhuǎn)速10002000rmin范圍內(nèi)，

18、難以通過降低減振彈簧剛度得到更大的減振效果。j 雙質(zhì)量飛輪的減振器 圖2-16 雙質(zhì)量飛輪減振器 1一第一飛輪 2一第二飛輪 3一離合器蓋總成 4一從動盤 5一球軸承 6一短軸 7一滾針軸承 8一曲軸凸緣 9一聯(lián)結(jié)盤 10一螺釘 11一扭轉(zhuǎn)減振器 我國配置雙質(zhì)量飛輪的部分車型 第六節(jié) 離合器的操縱機構(gòu) 1對操縱機構(gòu)的要求1）踏板力要小，轎車：80150N，貨車：150200N。2）踏板行程在一定的范圍內(nèi)，轎車：80150mm，貨車：180mm。3）摩擦片磨損后，踏板行程應(yīng)能調(diào)整復(fù)原。4）有對踏板行程進行限位的裝置，防止操縱機構(gòu)因受力過大而損壞。5）應(yīng)具有足夠的剛度。6）傳動效率要高。7）發(fā)動機

19、振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。 2操縱機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇常用的離合器操縱機構(gòu)主要有機 械 式、液 壓 式等。 機 械 式 3離合器操縱機構(gòu)的主要計算 2111 222212021 )( dba dbaccSZSSSS f 圖2-17 液壓式操縱機構(gòu)示意 (2-28) 踏板力Ff可按下式計算 sf FiFF 工作缸直徑d2的確定與液壓系統(tǒng)所允許的最大油壓有關(guān)?？紤]到橡膠軟管及其他管接頭的密封要求，最大允許油壓一般為58Mpa。 對于機械式操縱機構(gòu)的上述計算，只需將d 1和d2取消即可。(2-29) 第七節(jié) 離合器結(jié)構(gòu)元件v 1.從動盤總成v 2.離合器蓋總成：離合器蓋、壓盤、傳動片、分離杠桿裝置、支撐環(huán)v 3.分離軸承總成 back 轎車（桑塔納2000）傳動系統(tǒng) 摩擦片式離合器 膜片彈簧離合器