徑向自加壓磁流變液離合器設(shè)計

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徑向自加壓磁流變液離合器設(shè)計

目 錄

第1章 緒  論 2

1.1引言 2

1.2離合器的發(fā)展 3

1.3離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) 5

1.3.1磁流變液離合器的結(jié)構(gòu) 5

1.3.2磁流變液離合器的工作原理 6

1.3.3磁流變液離合器的優(yōu)點(diǎn) 7

1.4 方案選擇 8

1.4.1 磁流變液的磁疇理論 8

1.4.2磁流變液的鏈化模型 9

第2章 基本尺寸參數(shù)選擇 10

2.1離合器基本性能關(guān)系式 10

2.2后備系數(shù)的選擇 10

2.3摩擦片外徑的確定 11

第3章 主動部分設(shè)計 13

3.1壓盤設(shè)計 13

3.2離合器蓋設(shè)計 16

3.3傳動片設(shè)計 16

3.4本章小結(jié) 16

第4章 從動盤總成設(shè)計 17

4.1摩擦片設(shè)計 17

4.2從動盤轂設(shè)計 18

4.3從動片設(shè)計 19

4.4扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計 19

4.4.1扭轉(zhuǎn)減振器的功能 19

4.4.2 扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇 20

4.4.3扭轉(zhuǎn)減振器的參數(shù)確定 20

6、扭轉(zhuǎn)減振器減振彈簧的總壓力 22

7、從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角 22

8、限位銷與從動盤缺口側(cè)邊的間隙 22

9、限位銷直徑 22

10、從動盤轂缺口寬度及安裝窗口尺寸 22

4.4.4減振彈簧的尺寸確定 23

4.5本章小結(jié) 24

第5章 磁流變液離合器設(shè)計 25

5.1磁流變液的概念 25

5.2磁流變液的彈性特性 25

5.3磁流變液的強(qiáng)度計算 27

5.4磁流變液基本參數(shù)的選擇 28

1、磁流變液原始內(nèi)截錐高與彈簧片厚度比的選擇 28

2、磁流變液工作點(diǎn)位置的選擇 28

3、磁流變液大端半徑及大端半徑與分離指半徑比的選擇 29

4、磁流變液在自由狀態(tài)下的圓錐底角 29

6、分離指的數(shù)目和切槽寬及半徑 30

7、支承圈平均半徑和磁流變液與壓盤的接觸半徑 30

5.5磁流變液離合器結(jié)構(gòu) 30

5.6本章小結(jié) 31

結(jié)  論 32

參考文獻(xiàn) 33

第1章 緒  論

1.1引言

   磁流變液是1種極具發(fā)展前途和工程應(yīng)用價值的智能材料。性能良好的磁流變液在磁場的作用下能產(chǎn)生明顯的磁流變效應(yīng)，即在液態(tài)和固態(tài)之間進(jìn)行快速可逆的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化是在毫秒級的時間內(nèi)完成的。在該過程中，磁流變液的粘度保持連續(xù)、無級的變化，整個轉(zhuǎn)化過程極快且可控，能耗極小，可實現(xiàn)實時主動控制。磁流變液在未來工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。可以看出它的最大特點(diǎn)就是可控制性，隨著外加磁場的變化而發(fā)生流體流變性能的變化，人們也因此稱之為“智能流體”。這種新型介質(zhì)材料具有極高的應(yīng)用價值。作為磁流變科學(xué)的核心技術(shù)，磁流變液的性能對磁流變技術(shù)應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，它直接決定了磁流變器件的體積、重量、效率和機(jī)械性能。因而良好的磁流變液必須具備下列性能：

    ①磁流變液所具有的磁流變液應(yīng)是一種可逆變化，它必須具有磁化和退磁兩種過程。這種流體的磁滯回線必須狹窄。而磁導(dǎo)率很大，尤其是磁導(dǎo)率的初始值和極大值必須很大；

    ②這種懸浮液應(yīng)具有較大的磁飽和，以便使得盡可能大的“磁流”通過懸浮體的橫截面，從而給顆粒相互間提供盡可能大的能量；

    ③這種液體在接上交流電的工作期間內(nèi)，全部損耗（磁滯現(xiàn)象、渦流等）都應(yīng)是很小的一個量；

    ④這種液體中的強(qiáng)磁性粒子的分布必須均勻，而且分布率保持不變，這樣才能保證其具有高度的磁穩(wěn)定性能；

   ⑤為了防止磁流變液被磨損并改變性能，這種液體必須具有極高的“擊穿磁場”；       ⑥一般說來，這種液體的穩(wěn)定性應(yīng)不隨溫度的變化而改變，即在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性；

   ⑦構(gòu)成磁流變液的原材料應(yīng)廉價而不是稀少的。

1.2離合器的發(fā)展

在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀(jì)20年代中葉，對當(dāng)時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。

現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計中，多片按成對布置設(shè)計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。

浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因為在當(dāng)時，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。

石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20世紀(jì)20年代末，直到進(jìn)入30年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。

早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。

實際上早在1920年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時相當(dāng)一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。

多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。

如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。

隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。

對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。

近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過93℃)，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。

近年來，隨著計算機(jī)直接控制技術(shù)在智能減振、傳動及智能結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用，人們對磁流變液及其在振動中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究工作，一些與材料和裝置有關(guān)的專利和文獻(xiàn)引起了不少學(xué)者和工程技術(shù)人員的關(guān)注。美國Ｌｏｒｄ公司的研究者利用鐵鈷合金和鐵鎳合金微粒做了實驗研究，實驗表明用合金微粒制備的磁流變液比傳統(tǒng)的磁流變液有更高的屈服應(yīng)力；關(guān)于磁飽和對磁流變的影響，

5.5磁流變液離合器結(jié)構(gòu)

  圓筒狀磁流變離合器由主機(jī)和電控系統(tǒng)兩大部分組成，兩部分相互獨(dú)立放置，僅通過導(dǎo)線聯(lián)接。圓筒狀磁流變離合器主機(jī)由轉(zhuǎn)動、離合、磁場產(chǎn)生、潤滑密封和支承五部分組成。

①轉(zhuǎn)動部分：轉(zhuǎn)動部分主要包括主動軸、從動軸、滾動軸承、轉(zhuǎn)子。動力

傳遞過程為：動力源——主動軸——從動軸——轉(zhuǎn)子——磁流變液。轉(zhuǎn)動軸與轉(zhuǎn)

子用鍵相聯(lián)以保證同步旋轉(zhuǎn)，而軸向定位則由定位卡環(huán)保證，為使磁流變液產(chǎn)生

鏈化反應(yīng)時有利于磁鏈附著，摩擦端面加工有顆粒狀突起。

②離合部分：離合部分主要包括主動件、從動件。動力傳遞過程為：磁流

變液——主動件——從動件。當(dāng)電磁線圈無電流時，磁流變液呈Ｎｅｗｔｏｎ流體，

此時由流體的粘性傳遞的轉(zhuǎn)矩很小，而流體中的散砂似的懸浮粒子又不能阻礙主

動件與從動件之間的相對轉(zhuǎn)動，離合器處于分離狀態(tài)。然而，當(dāng)電磁線圈通入電

流后，磁流變液中的懸浮粒子在磁場作用下產(chǎn)生磁化，沿磁場方向相互吸引形成

鏈狀，這種鏈狀結(jié)構(gòu)增大了磁流變液的剪切應(yīng)，依靠這種剪切應(yīng)力來傳遞轉(zhuǎn)矩，

從而將主動件與從動件接合起來，離合器處于接合狀態(tài)。線圈斷電后，磁流變液

又迅速轉(zhuǎn)變?yōu)椋危澹鳎簦铮盍黧w，因此時由流體的粘性產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很小，不能帶動從動件轉(zhuǎn)動，離合器脫開。

③磁場產(chǎn)生部分：磁場產(chǎn)生部分只包括電磁線圈和導(dǎo)線圓輪，電磁線圈出

低電阻導(dǎo)線圈制而成，外包絕緣、防潮塑料外殼，以自身彈性定位于導(dǎo)線輪體腔

內(nèi)壁。電磁線圈與箱體外的電控設(shè)備相連可產(chǎn)生可變可控的磁場用以對磁流變液

的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行控制。

④潤滑密封部分：磁流變液在由殼體和從動轉(zhuǎn)子所組成的腔體內(nèi)工作，所

以二者之間的結(jié)合面用密封圈進(jìn)行密封。由于磁流變液工作壓力接近常壓，則轉(zhuǎn)

動軸與固定盤之間可采用間隙密封，而滾動軸承就以潤滑油進(jìn)行潤滑。轉(zhuǎn)動軸與

其端蓋之間都采用間隙密封，并在０型密封圈間涂抹潤滑脂以確保充分潤滑，避

免相對高速旋轉(zhuǎn)而燒傷。

⑤支承部分：筒狀磁流變液離合器的整個轉(zhuǎn)動部分通過轉(zhuǎn)動軸上的軸承與

軸承支承在離合部分。離合部分右端通過螺栓與固定盤聯(lián)在一起，最后再用螺栓

固定在箱體上，左端通過軸承支承在轉(zhuǎn)動軸上。

磁流變離合器的電控系統(tǒng)是調(diào)節(jié)磁流變離合器傳動轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的核心。電控

系統(tǒng)本質(zhì)上就是傳統(tǒng)意義上的電流調(diào)節(jié)器，通過導(dǎo)線給線圈提供產(chǎn)生變化磁場的

變化電流，只是由于各種需要，增加了穩(wěn)定電流及安全保護(hù)等一些附屬裝置。

5.6本章小結(jié)

本章磁流變液進(jìn)行了設(shè)計優(yōu)化。使其可以更好的在該設(shè)計的離合器中工作，提高離合器的使用壽命及工作效率。磁流變液本身就兼起壓緊彈簧和分離杠桿作用，是離合器上最重要的部件，將其設(shè)計做好可以是離合器的各項性能得到大幅度的提高。

結(jié)論

本設(shè)計分析了本設(shè)計所要采用的的磁流變液離合器，對磁流變液離合器進(jìn)行了分類，闡述了磁流變液離合器的原理和組成，及其特性。通過詳細(xì)的推導(dǎo)過程積累了大量的數(shù)據(jù)，并成功的繪制出了磁流變液離合器的成品圖。

主要敘述了離合器的發(fā)展現(xiàn)狀，和它的工作原理，在此過程中，經(jīng)過對比結(jié)合，初步確定了合適的離合器結(jié)構(gòu)形式，選取了拉式磁流變液離合器，并且?guī)в信まD(zhuǎn)減振器，為后面的計算提供了理論基礎(chǔ)。

在計算中，首先確定摩擦片外徑尺寸，然后根據(jù)該尺寸對其他部件總成進(jìn)行了計算和設(shè)計。通過計算校核摩擦片外徑尺寸，計算選擇出其他部件的外形尺寸，再對其進(jìn)行校核，確定是否能達(dá)到設(shè)計要求。設(shè)計包括對從動盤總成的設(shè)計校核，對壓盤的設(shè)計校核，對離合器蓋的設(shè)計校核及離合器蓋的設(shè)計校核和優(yōu)化。具體設(shè)計計算了摩擦片、扭轉(zhuǎn)減振器、磁流變液、壓盤、離合器蓋、傳動片等多個部件總成

在上述工作完成之后，通過計算機(jī)Pro/E軟件的學(xué)習(xí)運(yùn)用，對離合器總體裝配圖、從動盤總成、壓盤、磁流變液、摩擦片進(jìn)行了繪制，在繪制的過程中對離合器的裝配又有了進(jìn)一步的理解，并且完善了計算部分的遺漏。

這次的設(shè)計，可以對原有離合器的設(shè)計提出優(yōu)化和修改的建議，對其以后的設(shè)計過程起參考作用。通過這次設(shè)計達(dá)到了優(yōu)化改進(jìn)原有離合器，提高該型汽車使用性，舒適性，并提高了汽車的工作效率的目的。

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1 徑向自加壓磁流變液離合器設(shè)計 目 錄 第 1章 緒 論 ........................................................... 2 ............................................................. 2 ..................................................... 3 ............................................. 5 ........................................ 5 .................................... 6 ........................................ 7 案選擇 ......................................................... 8 流變液的磁疇理論 ......................................... 8 .......................................... 9 第 2章 基本尺寸參數(shù)選擇 ................................................ 10 ............................................ 10 .................................................. 10 ................................................ 11 第 3章 主動部分設(shè)計 .................................................... 13 ............................................................ 13 .................................................... 16 ...................................................... 16 ........................................................ 16 第 4章 從動盤總成設(shè)計 .................................................. 17 ...................................................... 17 .................................................... 18 ...................................................... 19 .................................................. 19 ........................................... 19 轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇 ................................ 20 ....................................... 20 6、扭轉(zhuǎn)減振器減振彈簧的總壓力 ................................... 22 7、從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角 ................................. 22 8、限位銷與從動盤缺口側(cè)邊的間隙 ................................. 22 9、限位銷直徑 ................................................... 22 10、從動盤轂缺口寬度及安裝窗口尺寸 .............................. 22 ......................................... 23 ........................................................ 24 第 5章 磁流變液離合器設(shè)計 .............................................. 25 .................................................. 25 .............................................. 25 .............................................. 27 .......................................... 28 1、磁流變液原始內(nèi)截錐高與彈簧片厚度比的選擇 ..................... 28 2 2、磁流變液工作點(diǎn)位置的選擇 ..................................... 28 3、磁流變液大端半徑及大端半徑與分離指半徑比的選擇 ............... 29 4、磁流變液在自由狀態(tài)下的圓錐底角 ............................... 29 6、分離指的數(shù)目和切槽寬及半徑 ................................... 30 7、支承圈平均半徑和磁流變液與壓盤的接觸半徑 ..................... 30 .............................................. 30 ........................................................ 31 結(jié) 論 ................................................................. 32 參考文獻(xiàn) ............................................................... 33 第 1 章 緒 論 言 磁流變液是 1種極具發(fā)展前途和工程應(yīng)用價值的智能材料。性能良好的磁流變液在磁場的作用下能產(chǎn)生明顯的磁流變效應(yīng)，即在液態(tài)和固態(tài)之間進(jìn)行快速可逆的轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)化是在毫秒級的時間內(nèi)完成的。 在該過程中，磁流變液的粘度保持連續(xù)、無級的變化，整個轉(zhuǎn)化過程極快且可控，能耗極小，可實現(xiàn)實時主動控制。磁流變液在未來工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景。可以看出它的最大特點(diǎn)就是可控制性，隨著外加磁場的變化而發(fā)生流體流變性能的變化，人們也因此稱之為“智能流體”。這種新型介質(zhì)材料具有極高的應(yīng)用價值。作為磁流變科學(xué)的核心技術(shù)，磁流變液的性能對磁流變技術(shù)應(yīng)用起著至關(guān)重要的作用，它直接決定了磁流變器件的體積、重量、效率和機(jī)械性能。因而良好的磁流變液必須具備下列性能： ①磁流變液所具有的磁流變液應(yīng)是一種可逆變化，它必須具 有磁化和退磁兩種過程。這種流體的磁滯回線必須狹窄。而磁導(dǎo)率很大，尤其是磁導(dǎo)率的初始值和極大值必須很大； ②這種懸浮液應(yīng)具有較大的磁飽和，以便使得盡可能大的“磁流”通過懸浮體的橫截面，從而給顆粒相互間提供盡可能大的能量； ③這種液體在接上交流電的工作期間內(nèi)，全部損耗（磁滯現(xiàn)象、渦流等）都應(yīng)是很小的一個量； ④這種液體中的強(qiáng)磁性粒子的分布必須均勻，而且分布率保持不變，這樣才能保 3 證其具有高度的磁穩(wěn)定性能； ⑤為了防止磁流變液被磨損并改變性能，這種液體必須具有極高的“擊穿磁場”； ⑥一般說來，這種液體的穩(wěn)定性應(yīng)不隨溫度的變化而改變，即在相當(dāng)大的溫度范圍內(nèi)應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性； ⑦構(gòu)成磁流變液的原材料應(yīng)廉價而不是稀少的。 合器的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計曾裝在 1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 20 年代中葉，對當(dāng)時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄 結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄 革帶等，蹄 論錐形離合器或蹄 容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到 1925 年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點(diǎn)是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計中，多片按成對布置設(shè)計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。 浸在油中的盤片式離合器，盤子 直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因為在當(dāng)時，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。 20 世紀(jì) 20 年代末，直到進(jìn)入 30年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。 早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時不夠平 順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。 實際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩 4 擦面片有關(guān)。但在那時相當(dāng)一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧，沿著圓周布 置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。 多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。 如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有 扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。 對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當(dāng)前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能 力和使用壽命是單片的 2 倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93℃ )，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的 5，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。 近年來，隨著計算機(jī)直接控制技術(shù)在智能減振、傳動及智能結(jié) 構(gòu)等領(lǐng)域的應(yīng)用，人們對磁流變液及其在振動中的應(yīng)用進(jìn)行了大量的研究工作，一些與材料和裝置有關(guān)的專利和文獻(xiàn)引起了不少學(xué)者和工程技術(shù)人員的關(guān)注。美國Ｌｏｒｄ公司的研究者利用鐵鈷合金和鐵鎳合金微粒做了實驗研究，實驗表明用合金微粒制備的磁流變液比傳統(tǒng)的磁流變液有更高的屈服應(yīng)力；關(guān)于磁飽和對磁流變的影響， 美國Ｆｏｒｄ汽車公司的Ｇｉｎｄｅｒ Ｊ．Ｍ．等進(jìn)行了大量的研究工作，他們 5 利用有限元分析得出結(jié)論：磁流變液的最大剪應(yīng)力與微粒磁飽和時磁場強(qiáng)度的平方成正比；為了提高磁流變液的屈服應(yīng)力Ｆｏｒｄ公司的研究人員利用磁性液體作為 載體液，產(chǎn)生了共同的磁化效果，增大了粒子之間的作用力，從而使磁流變液的屈服應(yīng)力大為提高；據(jù)有關(guān)資料報告目前磁流變液最大的屈服應(yīng)力為２５０ ｋＰａ，而傳統(tǒng)的磁流變液的屈服應(yīng)力為８０ ｋＰａ． 合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn) 流變液 離合器的結(jié)構(gòu) 磁流變液 離合總成由 磁流變液 、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。 1、離合器蓋 離合器蓋一般為 120°或 90°旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。 2、 磁 流變液 磁流變液 是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。 3、壓盤 壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機(jī)緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。 4、傳動片 離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分 離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。 5、分離軸承總成 6 分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合 ，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。 流變液 離合器的工作原理 磁流變液變速傳動主要是依靠磁流變液作為傳動介質(zhì)的傳動原理，通過改變外加磁場強(qiáng)度，以使磁流變液的粘度和屈服應(yīng)力發(fā)生變化，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的無級變化，它是磁流變效應(yīng)成功地應(yīng)用于傳動的新一項技術(shù)。磁流變液可以做成優(yōu)良的敏捷控制元件，應(yīng)用于汽車、航空航天、機(jī)械制造、礦山等工業(yè)中，在可控機(jī)械部件間傳遞力或力矩。在這類的磁流變液元件中，離合器、制動器都是典型的例子?；诖帕髯円旱闹苿悠骱碗x合器通常工作在剪切模式 ，也可工作于流動模式。 7 殼體與主動軸連接，而將轉(zhuǎn)盤與從動軸連接）。即可制成磁流變液盤式離合器。盤式離合器在轉(zhuǎn)速較高時磁流變液的顆粒會因離心力而甩向盤的邊緣。為解決此問題，可采用圓柱式離合器。近年來出現(xiàn)的離合器專利設(shè)備一般采用電磁鐵控制，也可用永磁鐵控制。磁流變液離合器的工作轉(zhuǎn)矩相對較低，主要用于輔助動力的可控傳遞，如汽車發(fā)動機(jī)與輔助裝置（如發(fā)動機(jī)，風(fēng)扇）間可控的動力傳遞。Ｌｅｅ對離合器的結(jié)構(gòu)，磁場及磁流變液的粘度加以綜合考慮，從理論上分析了磁流變液離合器的扭矩傳遞特性，其分析結(jié)果與實驗 結(jié)果極為吻合，因而其分析方法可用于磁流變液離合器的精確設(shè)計。 流變液 離合器的優(yōu)點(diǎn) 磁流變液在磁流變液傳動中的作用主要是傳遞動力，另外也起冷卻散熱和潤 滑作用，所以磁流變液必須具備如下性能： １．滿足傳動要求的力學(xué)性能（流變學(xué)性能）：當(dāng)溫度凡磁流變液中顆粒的濃 度Ｖ以及剪應(yīng)變率，為常數(shù)時，磁流變液的動態(tài)屈服應(yīng)力ｂ隨磁感應(yīng)強(qiáng)度口的 增加而增加。 ２．良好和穩(wěn)定的物理性能：在重力場和離心場作用下，磁流變液中的磁性微 粒不產(chǎn)生明顯的相分離現(xiàn)象；在高溫下以及長期工作中，磁流變液不產(chǎn)生變稀現(xiàn) 象，具有穩(wěn)定的 性能。 ３．良好的化學(xué)穩(wěn)定性：磁流變液在各種外界條件下，如溫度、濕度、長期貯 存等不應(yīng)敏感，使它在長期使用和貯存過程中性能保持穩(wěn)定，不發(fā)生退化、變質(zhì)。 8 ４．良好的磁學(xué)性能：磁流變液具有磁化和退磁效應(yīng)，具有較大的磁飽和強(qiáng)度。 ５．工作溫度范圍：在５０℃至－１５０。Ｃ溫度范圍，磁流變液應(yīng)保持性能穩(wěn)定性。 ６．無毒、無腐蝕，對環(huán)境不能造成污染。 案選擇 磁流變效應(yīng)是指磁流變液在Ｊ＇ｂＤｉ］磁場作用下，其流動狀態(tài)（一般是指表示其流動阻力的表觀粘度）和流體的屈服強(qiáng)度發(fā)生了強(qiáng)烈變化的現(xiàn)象。磁流變效應(yīng) 作 為一種特殊的物理現(xiàn)象，一般具有以下特征： ①在外加磁場的作用下，磁流變液的表觀粘度可隨磁場強(qiáng)度的增大而增大，甚至在某一種磁場強(qiáng)度下，達(dá)到停止流動或固化，但當(dāng)磁場撤除后，磁流變液又恢復(fù)到原始的粘度，即在外加磁場作用下，磁流變液可在液態(tài)和固態(tài)之間轉(zhuǎn)換。 ②在夕ｂ，ＤＨ磁場的作用下，磁流變液由液態(tài)至固態(tài)之間轉(zhuǎn)換是可逆的。 ③在外加磁場作用下，磁流變液的屈服強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的增大而增大。 ④在Ｊ＇ｂＤｉｌ磁場作用下，磁流變液的表觀粘度和屈服強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的變化是 連續(xù)的和無級的。 ⑤在外加磁場作用下，磁流變液的表 觀粘度和屈服強(qiáng)度隨磁場強(qiáng)度的變化是 可控的，這種控制可以是人控的或自動的。 ⑥磁流變效應(yīng)的控制較簡單，它只應(yīng)用一個極易獲得的磁場強(qiáng)度信號即可。 ⑦磁流變效應(yīng)對磁場作用的響應(yīng)十分靈敏，一般其響應(yīng)時間為毫秒級。 ⑧控制磁流變效應(yīng)的能量低，即由液態(tài)向固態(tài)的轉(zhuǎn)換，不像物理現(xiàn)象中的相 變要吸收或放出大量的能量。磁流變效應(yīng)的上述特征是發(fā)展磁流變液在工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用的科學(xué)依據(jù)，在充分利用這些特征的基礎(chǔ)上，就能夠開發(fā)一系列性能優(yōu)良、價格低廉、有市場競爭能力的新產(chǎn)品。 流變液的磁疇理論 根據(jù)磁疇理論 可以解釋磁流變效應(yīng)。在磁流變液中，每一個小顆粒都可以當(dāng) 作一個小的磁體。在這種磁體中，相鄰原子間存在著強(qiáng)交換耦合作用。它促使相 鄰原子的磁矩平行排列，形成自發(fā)磁化飽和區(qū)域，即磁疇。沒有夕ｂＤｒｌ磁場作用時，每個磁疇中各個原子的磁矩排列取向一致，而不同磁疇磁矩的取向不同。磁疇的 這種排列方式使每一顆粒處于能量最小的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，所有顆粒平均磁矩為 零，顆粒不顯磁性。在Ｊ＇ｂＤｌ：ｉ磁場作用下，磁矩與外磁場同方向排列時的磁 9 能低于磁矩與外磁場反方向排列時的磁能，結(jié)果是自發(fā)磁化磁矩成較大角度的磁疇體積逐漸縮小。這 時顆粒的平均磁矩不等于零，顆粒對外顯示磁性，按序排列相接成 鏈。當(dāng)外加磁場強(qiáng)度較弱時，鏈數(shù)量少、長度短、直徑也較細(xì)，剪斷它們所需外力也較小。隨著外加磁場強(qiáng)度的不斷增大，取向與Ｊ，ｂＤｎ磁場成較大角度的磁疇全 部消失，留存的磁疇開始向外磁場方ｒＵ］旋轉(zhuǎn)，磁流變液中鏈的數(shù)量增加，長度加長，直徑變粗，磁流變液對外所表現(xiàn)的剪切應(yīng)力增強(qiáng)；再繼續(xù)增加磁場，所有磁疇沿外加磁場方向整齊排列，磁化達(dá)到飽和，磁流變液的剪切應(yīng)力也達(dá)到飽和。 流變液的鏈化模型 磁流變液中的顆粒磁極化后的鏈化過程主要與外加磁場強(qiáng) 度有關(guān)系。在外加 磁場作用下，磁流變液中的相鄰顆粒間存在著強(qiáng)交換耦合作用，以促使相鄰的原 子的磁矩平行排列，形成磁疇。當(dāng)磁矩與外加磁場同方向排列時的磁能低于磁矩 與外加磁場反方向排列時的磁能時，磁流變液中的顆粒平均磁矩不等于零，顆粒 對外顯示磁性，按序排列相接成鏈。 10 第 2 章 基本尺寸參數(shù)選擇 合器基本性能關(guān)系式 摩擦片或從動盤的外徑是離合器的重要參數(shù)，它對離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，并根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩來選擇。為了能可靠地傳 遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩離合器的靜摩擦力矩c?應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩而離合器傳遞的摩擦力矩c?又決定于其摩擦面數(shù) Z、摩擦系數(shù) f、作用在摩擦面上的總壓緊力 摩擦片平均摩擦半徑 ???? m a x?（ 式中： ? — 離合器的后備系數(shù)，見下表。 f — 摩擦系數(shù)，計算時一般取 該車型發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 190N· m，取摩擦系數(shù) f 為 得離合器的靜摩擦力矩c? 為 ?N· m[1]。 備系數(shù)的選擇 離合器的后備系數(shù)，選擇時應(yīng)考慮摩擦片磨損后仍能傳遞避免起步時滑磨時間過長；同時應(yīng)考慮防止傳動系過載及操縱輕便等。 表 備系數(shù)表 車 型 轎車 輕型貨車 中、 重型貨車 越野車 牽引車 后 備 系 數(shù) 設(shè)計是基于長城賽弗 車型屬于越野車類型，故選擇本次設(shè)計的后背系數(shù) β 在 間選擇。因為該車型 為城市越野車，不需要太大的 11 后備系數(shù)，取 ? = 擦片外徑的確定 摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，就需要大的尺寸。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩來確定 D 時，可以查表 的尺。 表 合器尺寸選擇參數(shù)表 摩擦片外徑 D/動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Te · m 單片離合器 雙片離合器 重負(fù)荷 中等負(fù)荷 極限值 225 — 130 150 170 250 — 170 200 230 280 — 240 280 320 300 — 260 310 360 325 — 320 380 450 350 — 410 480 550 380 — 510 600 700 410 — 620 720 830 430 350 680 800 930 450 380 820 950 1100 所選的尺寸 D 應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (規(guī)定。表 外，所選的 D 應(yīng)符合其最大圓周速度不超 過 65～ 70m/s 的要求，且重型汽車不應(yīng)超過 50m/s。 表 合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 /D 內(nèi)徑 /d 厚度 /h 內(nèi)外徑之比/位面積2/F 160 110 0600 180 125 3200 12 200 140 6000 225 150 2100 250 155 0200 280 165 0200 300 175 6600 325 190 4600 350 195 4 7800 380 205 4 2900 13 第 3 章 主動部分設(shè)計 盤設(shè)計 盤參數(shù)的選擇和校核 壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好、具有較高的摩擦系 數(shù)及耐磨。故通常由灰鑄鐵成，金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度 227。另外可添加少量金屬元素 (如鎳、鐵、錳合金等 )以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。壓盤的外徑可根據(jù)摩擦片的外徑由結(jié)構(gòu)確定。為了使每次接合的溫升不致過高，壓盤應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量；為了保證在受熱情況下不致翹曲變形，壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度且一般都較厚 (載貨汽車的離合器壓盤，其厚度一般不小于 15此外，壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)注意其通風(fēng)冷卻要好，例如在壓盤體內(nèi)鑄出導(dǎo)風(fēng)槽。壓盤的厚度初步確定后，應(yīng)校核離合器一次接合的溫升不應(yīng)超過 8℃ ～ 10℃ 溫 升 τ 的校核按式為： τ=γL/ （ 式中： γ— 傳到壓盤的熱量所占的比率。對單片離合器， γ= m— 壓盤的質(zhì)量， c— 壓盤的比熱容，鑄鐵的比熱容為 ( )； L— 滑磨功， J。 若溫升過高，可適當(dāng)增加壓盤的厚度。壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于 15～20g· 選擇壓盤厚度為 20徑 255徑 150 代入公式（ 行校核計算， τ=符合標(biāo)準(zhǔn) [2， 3]。 14 盤的 繪圖過程 首先畫出壓盤的盤體部分如圖 示再在盤體上畫出突起并進(jìn)行陣列如圖 后畫出凸耳如圖 圖 建立過程 1 15 圖 建立過程 2 圖 建立過程 3 16 合器蓋設(shè)計 一般采用厚 2. 5～ 5低碳鋼鋼板沖壓制造。離合器蓋的形狀和尺寸由離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計確定。在設(shè)計時要特別注意的是剛度、對中、通風(fēng)散熱等問題。離合器蓋的剛度不夠，會產(chǎn)生較大變形，這不僅會影響操縱系統(tǒng)的傳動效率，還可能導(dǎo)致分離不徹底、 引起摩擦片早期磨損，甚至使變速器換檔困難。離合器蓋內(nèi)裝有壓盤、分離杠桿、壓緊彈簧等，因此，其對于飛輪軸線的對中十分重要。對中方式可采用定位銷或定位螺栓以及止口對中。為了加強(qiáng)通風(fēng)散熱和清除摩擦片的磨損粉末，在保證剛度的前提下，可在離合器蓋上設(shè)置循環(huán)氣流的入口和出口，甚至將蓋設(shè)計成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)。 本設(shè)計離合器蓋要求離合器蓋內(nèi)徑大于離合器摩擦片外徑，能將其他離合器上的部件包括其中即可 [4]。 動片設(shè)計 壓盤與飛輪通過彈性傳動片連接時，則傳動片應(yīng)進(jìn)行拉伸應(yīng)力的強(qiáng)度校核；若通過凸塊一窗孔、傳力銷或鍵連接 時，則應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力的強(qiáng)度校核： ? ?m a ? ?（ 式中： ? — 考慮發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩片離合器取 ； R — 力的作用半徑 (見圖 m； z — 工作元件 (例凸塊一窗孔、傳動銷、鍵 )的數(shù)目，這里取 3 組每組 4 片； F — 接觸面積， 里取長為 65為 20以 F=1300 計算得j?=合標(biāo)準(zhǔn) [5]。 章小結(jié) 本章對離合器主動件進(jìn)行了設(shè)計、計算、選擇及校核。主動件包括離合器蓋、壓盤等。這些部件都是給離合器傳遞扭矩的部件，他們共同的特點(diǎn)是都要有良好的散熱能力，有能有效把在主動部分的熱傳遞出去的能力。這些部件總成都是符 合標(biāo)準(zhǔn)的部件，經(jīng)過嚴(yán)格的校核計算，可以符合使用的標(biāo)準(zhǔn)，滿足使用的需要。 17 第 4 章 從動盤總成設(shè)計 擦片設(shè)計 離合器表面片在離合器接合過程中將遭到嚴(yán)重的滑磨，在相對很短的時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，因此，要求面片應(yīng)有下列一些綜合性能： 1、在工作時有相對較高的摩擦系數(shù)； 2、在整個工作壽命期內(nèi)應(yīng)維持其摩擦特性，步希望出現(xiàn)，摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象； 3、在短時間內(nèi)能吸收相對高的能量，且有好的耐磨性能； 4、能承受較高的壓盤作用載荷，在離合器接合過程中表現(xiàn)出良好的性能； 5、能抵抗高轉(zhuǎn)速下大的離心力載荷而不破壞； 6、在傳遞發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩時，有足夠的剪切強(qiáng)度； 7、具有小的轉(zhuǎn)動慣量，材料加工性能良好； 8、在整個正常工作溫度范圍內(nèi)，和對偶材料壓盤、飛輪等有良好的兼容摩擦性能； 9、摩擦副對偶面有高度的溶污性能，不易影響它們的摩擦作用； 10、具有良好的性能 /價格比，不會污染環(huán)境。 鑒于以上各點(diǎn)，近年來，摩擦材料的種類增長極快。挑選摩擦材料的基本原則是： 1、滿足較高性能標(biāo)準(zhǔn)； 2、成本最?。? 3、考慮代替石棉。 本設(shè)計離合器摩擦片選用金屬陶瓷材料。它是由金屬機(jī)體、陶瓷成分和潤滑劑組成的一種多元復(fù)合材料。金屬基體的主要作用是 以機(jī)體接合方式將陶瓷成分和潤滑劑保持其中，形成具有一定機(jī)械強(qiáng)度的整體；陶瓷組分主要起摩擦劑作用；而潤滑劑組分則主要起提高材料抗咬合性和抗戰(zhàn)粘性的潤滑作用，并使摩擦副工作平穩(wěn)。潤滑劑組分和陶瓷組分一起共同形成金屬陶瓷摩擦磨損性能調(diào)節(jié)劑。 這種材料能和好的的完成上邊提到的各種要求，所以選擇這種材料。 摩擦片的尺寸參數(shù)在第 再敘述 [6]。 18 動盤轂設(shè)計 從動盤毅的花鍵孔與變速器第一軸前端的花鍵軸以齒側(cè)定心矩形花鍵的動配合相聯(lián)接，以便從動盤毅能作軸向移動?；ㄦI的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)從動盤外徑 和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩按 取 (見表 從動盤毅花鍵孔鍵齒的有效長度約為花鍵外徑尺寸的(1. 4)倍 (上限用于工作條件惡劣的離合器 )，以保證從動盤毅沿軸向移動時不產(chǎn)生偏斜。 表 動盤外徑D/動機(jī)轉(zhuǎn)矩N? m 花鍵 齒數(shù) n 花鍵 外徑 D/鍵 內(nèi)徑 d/齒寬 b/效 齒長 l/壓 應(yīng)力 ? /60 50 10 23 18 3 20 10 180 70 10 26 21 3 20 00 110 10 29 23 4 25 25 150 10 32 26 4 30 50 200 10 35 28 4 35 80 280 10 35 32 4 40 00 310 10 40 32 5 40 25 380 10 40 32 5 45 50 480 10 40 32 5 50 80 600 10 40 32 5 55 10 720 10 45 36 5 60 30 800 10 45 36 5 65 50 950 10 52 41 6 65 鍵尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力j?( 剪切應(yīng)力 τ j ( 強(qiáng)度校核： ? ? ? ? M P az n 0822 m a x ????? ?? （ ? ? ? ? 54 m a x ????? ??（ 式中： D ， d — 分別為花鍵外徑及內(nèi)徑， 19 n— 花鍵齒數(shù)； l ， b— 分別為花鍵的有效齒長及鍵齒寬， z— 從動盤毅的數(shù)目； 發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩， N? 從動盤毅通常由 40 45 號鋼、 35 號鋼鍛造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理， 32。 由表 花鍵齒數(shù) n=10； 花鍵外徑 D=35 花鍵內(nèi)徑 D=28 鍵齒寬 b=4 有效齒長 l=35 擠壓應(yīng)力 ? = 校核j?= j?=合強(qiáng)度得要求 。 動片設(shè)計 從 動片通常用 的鋼板沖壓而成。減小其轉(zhuǎn)動慣量。從動片的材料與其結(jié)構(gòu)型式有關(guān)，整體式即不帶波形彈簧片的從動片，一般用高碳鋼 (50 或 85 號鋼 )或 65板，熱處理硬度 8；采用波形彈簧片的分開式 (或組合式 )從動片，從動片采用 08 鋼板，氰化表面硬度深 形彈簧片采用 65板，熱處理硬度 51。 轉(zhuǎn)減振器設(shè)計 轉(zhuǎn)減振器的功能 為了降低汽車傳動系的振動，通常在傳動系中串 聯(lián)一個彈性一阻尼裝置，它就是裝在離合器從動盤上的扭轉(zhuǎn)減振器。其彈性元件用來降低傳動系前端的扭轉(zhuǎn)剛度，降低傳動系扭振系統(tǒng)三節(jié)點(diǎn)振型的固有頻率，以便將較為嚴(yán)重的扭振車速移出常用車速范圍 (當(dāng)然，在實際中要做到這一點(diǎn)是非常困難的 )；其阻尼元件用來消耗扭振能量， 20 從而可有效地降低傳動系的共振載荷、非共振載荷及噪聲 [7]。 轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇 圖 出了幾種扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)圖，它們之間的差異在于采用了不同的彈性元件和阻尼裝置。采用圓柱螺旋彈簧和摩擦元件的扭轉(zhuǎn)減振器 (見圖 到了最廣泛的 應(yīng)用。在這種結(jié)構(gòu)中，從動片和從動盤毅上都開有 6 個窗口，在每個窗口中裝有一個減振彈簧，因而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩由從動片傳給從動盤毅時必須通過沿從動片圓周切向布置的彈簧，這樣即將從動片和從動盤毅彈性地連接在一起，從而改變了傳動系統(tǒng)的剛度。當(dāng) 6 個彈簧屬同一規(guī)格并同時起作用時，扭轉(zhuǎn)減振器的彈性特性為線性的。這種具有線性特性的扭轉(zhuǎn)減振器，結(jié)構(gòu)較簡單，廣泛用于汽油機(jī)汽車中。當(dāng) 6 個彈簧屬于兩種或三種規(guī)格且剛度由小變大并按先后次序進(jìn)人工作時，則稱為兩級或三級非線性扭轉(zhuǎn)減振器。這種非線性扭轉(zhuǎn)減振器，廣泛為現(xiàn)代汽車尤其是柴油發(fā)動機(jī)汽車所采用。柴油機(jī)的怠速旋轉(zhuǎn)不均勻度較大，常引起變速器常嚙合齒輪輪齒問的敲擊。為此，可使扭轉(zhuǎn)減振器具有兩級或三級非線性彈性特性。第一級剛度很小，稱怠速級，對降低變速器怠速噪聲效果顯著。線性扭轉(zhuǎn)減振器只能在一種載荷工況 (通常為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 )下有效地工作，而三級非線性扭轉(zhuǎn)減振器的彈性特性則擴(kuò)大了適于其有效工作的載荷工況范圍，這有利于避免傳動系共振，降低汽車在行駛和怠速時傳動系的扭振和噪聲。 采用空心圓柱形見或星形等其他形狀的橡膠彈性元件的扭轉(zhuǎn)減振器，也具有非線性的彈性特性。雖然其結(jié)構(gòu)簡單、橡膠變形時具有較大 的內(nèi)摩擦，因而不需另加阻尼裝置，但由于它會使從動盤的轉(zhuǎn)動慣量顯著增大，且在離合器熱狀態(tài)下工作需用專門的橡膠制造，因此尚未得到廣泛采用。 減振器的阻尼元件多采用摩擦片，在的結(jié)構(gòu)中阻尼摩擦片的正壓力靠從 動片與減振盤間的連接鉚釘建立。其結(jié)構(gòu)雖簡單，但當(dāng)摩擦片磨損后，阻尼力矩便減小甚至消失。為了保證正壓力從而阻尼力矩的穩(wěn)定，可加進(jìn)碟形彈簧，同時采用不同剛度的碟形彈簧和圓柱螺旋壓簧分別對兩組摩擦片建立不同的正壓力，就可實現(xiàn)阻尼力矩的非線性變化。 轉(zhuǎn)減振器的參數(shù)確定 1、扭轉(zhuǎn)減振器的角剛度 21 減振器 扭轉(zhuǎn) 角剛 度 下列公式初選角剛度 13 式中 ： 下式計算 式 中 ： 用 乘 用車， 用 商 用車，本設(shè)計為商用車，選取 1.5，入數(shù)值得 80， 設(shè)計初選 000N· m/ 2、扭轉(zhuǎn)減振器最大摩擦力矩 由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度 結(jié)構(gòu)及發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T? 。一般可按下式初選為 T?=（ 取 T?=設(shè)計按其選取 T?=m。 3、扭轉(zhuǎn)減振器的預(yù)緊力矩 減振彈簧安裝時應(yīng)有一定的預(yù)緊。這樣，在傳遞同樣大小的極限轉(zhuǎn)矩它將降低減振器的剛 度，這是有利的，但預(yù)緊力值一般不應(yīng)該大于摩擦力矩否則在反向工作時，扭轉(zhuǎn)減振器將停止工作。 一般選取 9 N· m。 4、扭轉(zhuǎn)減振器的彈簧分布半徑 減振彈簧的分布尺寸 尺寸應(yīng)盡可能大一些，一般取 （ D/2 （ 其中 D 為摩擦片內(nèi)徑，代入數(shù)值，得 56 5、扭轉(zhuǎn)減振器彈簧數(shù)目 可參考表 取，本設(shè)計 D=250選取 Z=4。 表 振彈簧的選取 離合器摩擦片外徑 D 減振彈簧數(shù)目 Z 225～ 250 4～ 6 22 250～ 325 6～ 8 325～ 355 8～ 10 >350 10 以上 6、扭轉(zhuǎn) 減振器減振彈簧的總壓力 當(dāng)限位彈簧與從動盤轂之間的間隙被消除時，彈簧傳遞扭矩達(dá)到最大 總= 式中 ： 總= 每個彈簧工作壓力 ? 總 （ = 7、 從動片相對從動盤轂的最大轉(zhuǎn)角 2 a r c s i n 2?? （ =8、 限位銷與從動盤缺口側(cè)邊的間隙 2?（ 式中 ： 限位銷的安裝半徑， λ一般為 4設(shè)計取 λ=3。 9、 限位銷直徑 限位銷直徑 'd 按結(jié)構(gòu)布置選定，一般 'd =12設(shè)計取 'd =11。 10、 從動盤轂缺口寬度及安裝窗口尺寸 為充分利用減振器的緩沖作用，將從動片上的部分窗口尺寸做的比從動盤轂上的窗口尺寸稍大一些，如圖 示。 23 圖 從動盤窗口尺寸簡圖 一般推薦 a=16樣，當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鱽頉_擊時，開始只有部分彈簧參加工作，剛度較小，有利于緩和沖擊。本設(shè)計取 a=A=25 減振彈簧的尺寸確定 在初步選定減振器的主要尺寸后，即可根據(jù)布置上的可能來確定和減振彈簧設(shè)計的相關(guān)尺寸。 彈簧的平均直徑2D：一般由結(jié)構(gòu)布置決定，通常選取2D=11～ 15 左右。本設(shè)計選取2D=12。 彈簧鋼絲直徑： 231 8??（ 式中 ： 扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力 ? =550～ 600出后應(yīng)該圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，一般為 3～ 4右。代入數(shù)值，得1d=合上述要求。 [8] 減振彈簧剛度 ： 211000z?（ =振彈簧的有效圈數(shù) ： i = （ 式中 ： G 為材料的扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù)，對鋼 G =83000N/入數(shù)值，得 i = 24 減振彈簧的總?cè)?shù) ? ?1 ～ = 減振彈簧在最大工作壓力 P 時最小長度 ： ? ?m L n d ??? （ 中 ：?=彈簧圈之間的間隙。 減振彈簧的總變形量 ： Pl c?? （ =振彈簧的自由高度 ： 0 l l? ??（ =振彈簧的預(yù)變形量 ： ' 預(yù)1 =振彈簧安裝后的工作高度 ： 0l l l? ??（ =章小結(jié) 本章對離合器從動盤各部件總成進(jìn)行了設(shè)計計算及校核。從動盤包括摩擦片、扭轉(zhuǎn)減 振器、波形彈簧、從動盤轂及其他一些起緊固、傳遞力作用的零件?？紤]了其各方面的要求及特征，改進(jìn)了原零件的一些設(shè)計方案和材料，使整體效果更好一些。并能提高離合器本身的使用壽命及汽車的舒適性等。 25 第 5 章 磁流變液離合器 設(shè)計 流變液 的概念 磁流變液變速傳動主要是依靠磁流變液作為傳動介質(zhì)的傳動原理，通過改變外加磁場強(qiáng)度，以使磁流變液的粘度和屈服應(yīng)力發(fā)生變化，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的無級變化，它是磁流變效應(yīng)成功地應(yīng)用于傳動的新一項技術(shù)。 流變液 的彈性特性 磁流變液傳動與液體粘性傳動、 液力傳動和液壓傳動的工作原理有著本質(zhì)的 區(qū)別，液體粘性傳動基于牛頓內(nèi)摩擦定律，以液體的粘性剪切力來傳遞動力；液力傳動基于歐拉方程，以液體動量矩的變化來傳遞動力；液壓傳動基于帕斯卡定律，以液體的壓能來傳遞動力，而磁流變液傳動基于Ｂｉｎｇｈａｍ方程，以磁流變液的剪切應(yīng)力來傳遞動力。Ｂｉｎｇｈａｍ方程雖然早已知曉，但利用Ｂｉｎｇｈａｍ方程來發(fā)展磁流變液傳動，卻是近幾年的事。 磁流變液之所以能應(yīng)用于傳動，是由于磁流變液在外加磁場作用下能產(chǎn)生磁流變效應(yīng)，這種磁流變效應(yīng)具有使磁流變液所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力無級可調(diào)、可控和快速轉(zhuǎn) 換等特點(diǎn)。 磁流變液變速傳動具有以下的特點(diǎn)： ①通過對外加磁場強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩或轉(zhuǎn)速的無級調(diào)節(jié)； ②調(diào)速的靈敏度高； ⑨響應(yīng)速度快： ④主要工作構(gòu)件無磨損、壽命長； ⑤工作過程中振動小、噪音低； ⑥結(jié)構(gòu)簡單； ⑦控制的能源消耗低； ⑧通過對外加磁場強(qiáng)度的調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)對運(yùn)動件的平穩(wěn)制動和減速； ⑨易于與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，形成智能化的控制。 利用磁流變液變速傳動上述的特點(diǎn)而開發(fā)出來的新產(chǎn)品，如磁流變離合器、制動器、聯(lián)軸器及變速器等，具有響應(yīng)快、變化可逆、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)界有廣闊的應(yīng) 26 用前景。 圖 碟形彈簧當(dāng)其大、小端部承受壓力時，載荷 ? ??????? ??????? ????? 222 2)1( ?? ?（ 式中： E— 彈性模量，對于鋼： E=21 X 104— 波桑比，鋼材料取 μ=0. 3； h— 彈簧鋼板厚度， H— 碟簧的內(nèi)截錐高， R— 碟簧大端半徑， A— 系數(shù)， ?????? ??? m— 碟簧大、小端半徑之比， m=R/r。 汽車離合器 磁流變液 在實 際安裝中的支承點(diǎn)如圖 4 （ a） 自由狀態(tài)；（ b）結(jié)合狀態(tài)；（ c）分離狀態(tài) 圖 離合器接合和分離狀態(tài)時的受力以及變形 （ b） 27 111111? ?? ?? ?????? ??(經(jīng)過整理式 （ 得如下關(guān)系式： 321 1 1 13 2 9 2 1 6 4 4 5 6 3P ? ? ?? ? ?（ 利用式（ 繪制出 磁流變液 的1P—1?特性曲線，如圖 流變液 特性曲線 ? ?? ?? ? ? ?1 21212 1 1 1 11 1 1l n /261 fE h R r R r R H hR r R rR r r r?? ?????? ? ? ???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ? ???（ 式（ 為分離軸承推力2流變液 變形1?的關(guān)系式。將（ （ 入（ ， 1211???（ 11211 ?（ 可得到2關(guān)系式（ 式中離 軸承作用半徑 522 2 2 26 5 4 1 8 8 6 2? ? ? ?? ? ? （ 流變液 的強(qiáng)度計算 前述 磁流變液 的載荷與變形之間的關(guān)系式，是在假定 磁流變液 在承載過程中，其子午截面無變形而只是剛性地繞該截面上的某一中性點(diǎn) O 轉(zhuǎn)動的條件下推導(dǎo)出的。根據(jù)這一假定可知，截面在 O 點(diǎn)處沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，因而該點(diǎn)處的切向應(yīng)力亦為零。 般均產(chǎn)生切向應(yīng)變，故亦有切向應(yīng)力。若如圖 8 所示以中性點(diǎn) O 為坐標(biāo)原點(diǎn)在子午截面處建立 標(biāo)系，則截面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為： ??????? ?????????21 2（ 式中： ? — 碟簧部分子午截面的轉(zhuǎn)角， a — 磁流變液 自由狀態(tài)時的圓錐底角， 圖 為坐標(biāo)原點(diǎn)在子午截面處建立 e — 中性點(diǎn) O 的半徑， )/rR ?。 經(jīng)計算t?=537不大于 1500~1700合適用強(qiáng)度。 流變液 基本參數(shù)的選擇 1、 磁流變液 原始內(nèi)截錐高與彈簧片厚度比的選擇 此比值對 磁流變液 的彈性特性影響極大，因此，要利用 H/ 得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。一般汽車的 磁流變液 離合器多取： ?h 為鋼板厚度，取 3H/h 取等于 磁流變液 原始內(nèi) 截錐高 H= 2、 磁流變液 工作點(diǎn)位置的選擇 汽車離合器 磁流變液 特性曲線的形狀如圖 擇好曲線上的幾個特定工 29 圖 作位置圖 作點(diǎn)的位置很重要。拐點(diǎn) T 對應(yīng)著 磁流變液 的壓平位置，而 1? τ 為曲線凸點(diǎn) M 和凹點(diǎn)N 的橫坐標(biāo)平均值。 B 點(diǎn)為新離合器 (摩擦片無磨損 )在接合狀態(tài)時的工作點(diǎn)，通常取在使其橫坐標(biāo)為 1B? =(1? τ 的位置，以保證摩擦片在最大磨損 ??