第二章离合器设计

第二章离合器设计第二章 离合器设计 本章主要学习：（ 1） 汽车离合器设计的基本要求；（ 2） 各种形式汽车离合器的特点及应用；（ 3） 离合器基本参数的选择及优化； （ 4） 膜片弹簧主要参数的选择及优化； （ 5） 扭转减振器的设计； （ 6） 离合器的操纵。 第二章 离合器设计v 第一节 概述v 第二节 离合器的结构方案分析v 第三节 离合器主要参数的选择v 第四节 离合器的设计与计算v 第五节 扭转减振器的设计v 第六节 离合器的操纵机构v 第七节 离合器结构元件摩擦离合器主要组成 ?第一节 概述离合器工作原理离合器主要作用 ?汽车离合器设计的基本要求?1）能传递发动机的最大转矩。2）接合时平顺柔和。3）分离时要迅速、彻底。4）减轻换挡时变速器齿轮间冲击。5）散热好，保证离合器的使用寿命。6）避免传动系产生扭转共振，吸振、缓冲。7）操纵轻便、准确。8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数使用过程变化要尽可能小，保证有稳定的工作性能。9）应有足够的强度和良好的动平衡。10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。 第二节 离合器的结构方案分析 按其从动盘的数目单片双片多片根据压紧弹簧布置形式圆周布置中央布置斜向布置膜片弹簧根据使用的压紧弹簧形式圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器根据分离时所受作用力的方向拉式推式1从动盘数的选择 单片离合器（图 2-1）结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、接合平顺。图 2-1 单片离合器 双片离合器传递转矩大，径向尺寸小，踏板力小，接合平顺。但中间压盘通风散热不良，分离不够彻底。图 2-2 双片离合器 多片离合器主要用于 行星齿轮变速器 换挡机构中。它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小，使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。 2压紧弹簧和布置形式的选择 (1)周置弹簧离合器(2)中央弹簧离合器(3)斜置弹簧离合器（ 1）衬片磨损后，弹簧伸长，则 F，但后， cos，使得 F基本不变（ 2）离合器分离时，弹簧被压缩，则 F，但 后， cos，使得 F基本不变。近年来，膜片弹簧离合器不仅在 轿车 上被大量采用，而且在 轻 、 中 、重型货车 以及 客车 上也被广泛采用 。 (4)膜片弹簧离合器推式和拉式膜片弹簧离合器3膜片弹簧支承形式 图 2-5 推式膜片弹簧双支承环形式 图 2-6 推式膜片弹簧单支承环形式 图 2-7 推式膜片弹簧无支承环形式 图 2-8 拉式膜片弹簧支承形式 第三节 离合器主要参数的选择 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为v （ 2-1）假设摩擦片上工作压力均匀，则有v （ 2-2）摩擦片的平均摩擦半径 Rc根据压力均匀的假设，可表示为v （ 2-3）当 d/D0.6时， Rc可相当准确地由下式计算v （ 2-4）将式 （ 2-2） 与式 （ 2-3） 代入式 （ 2-1） 得式中， c为摩擦片内外径之比，c=d/D，一般在 0.53 0.70之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时 Tc应大于发动机最大转矩，即v Tc=Temax （ 2-6）式中， Temax为发动机最大转矩。为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比， 必须大于 1。v （ 2-5）2（离合器基本参数的选择 基本参数主要有性能参数 和 0，尺寸参数 D和 d及摩擦片厚度 b等 。1后备系数 离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。车 型 轻货车 、 轿车 1.201.75中、重、 载货车 1.52.25越野 车 、 牵 引 车 1.84.02单位压力 p0材料 P0(N/mm2)石棉基 模 压 0.150.25石棉基 编织 0.250.35烧结 金属 0.350.60金属陶瓷 0.701.50不同材料摩擦片单位压力 0的取值范围3摩擦片外径 D、内径 d和厚度在离合器结构形式及摩擦片材料选定、其他参数已知或选取后，结合式（ 2-1）和式（ 2-5）即可估算出摩擦片尺寸。（ 2-7）摩擦片外径 D（ mm）也可根据如下经验公式选用（ 2-8）式中： KD为直径系数 轿车 14.5轻 、中型货车单 片 16.0 18.5双片 13.5 15.0重型 货车 22.5 24.0摩擦片内径 d根据 d/D在 0.530.70之间来确定。D一定时，选用较小的 d可增大摩擦面积，提高传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均，使摩擦片内外圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，不利于散热和扭转减震器的安装。所选的 D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s。摩擦片的厚度 b主要有 3.2mm、 3.5mm和 4.0mm三种。 4摩擦因数 f、摩擦面数 Z和离合间隙摩擦因数 f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。各种摩擦材料的摩擦因数 f的取值范围如下表：材料 摩擦因数 f石棉基 模 压 0.200.25石棉基 编织 0.250.35铁 基粉末冶金材料 0.350.50金属陶瓷 0.4 摩擦面数为从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。离合间隙一般为 34mm第四节 离合器的设计与计算 一、离合器基本参数的优化 1 设计变量后备系数 取决于离合器工作压力 F和离合器的主要尺寸参数 D和 d。 单位压力 p0也取决于 F和 D及 d。 因此，离合器基本参数的优化设计变量选为X=x1 x2 x3 T= F D d T 2 目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为3 约束条件1) 摩擦片的外径 D(mm)的选取应使最大圆周速度 D不超过 65 70m s， 即（ 2 8 ）2) 摩擦片的内外径比 c应在 0.53 0.70范围内，即 0.53c0.70 3) 为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的 值应在一定范围内，最大范围 为 1.2 4.0， 即 1.24.0 4) 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径 d必须大于减振器弹簧位置直径 2Ro约 50mm，即 d2Ro+50 5) 为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（ 2 9）3 约束条件6) 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力 p0对于不同车型，根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，最大范围 p0为 0.101.50MPa， 即 0.10MPap01.50MPa7) 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即（ 2 10 ）W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功 (W)， 可根据下式计算 （ 2 11）二、膜片弹簧主要参数的选择 膜片弹簧的 主要参数 ：内截锥高度 H； h ； R； r ； n 图 -膜片弹簧的主要参数1.比值比值 H h和和 h的选择的选择H h一般为 1.5 2.0，板厚 h为 2 4mm。图 - H / h 对膜片弹簧弹性特性的影响2. 比值 R r和 R、 r的选择R r一般为 1.20 1.35。推式膜片弹簧的 R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径 Rc， 拉式膜片弹簧的 r值宜取为大于或等于 Rc。3. 的选择=arctan H (R r) H (R r)。 一般在 9 15范围内。4 . 膜片弹簧工作点位置的选择B一般取在凸点 M和拐点 H之间，且靠近或在 H点处，一般 1B =(0.81.0) 1H， C点应尽量靠近 N点。图 2-11 膜片弹簧的弹性特性曲线5. 分离指数目 n的选取18， 24， 12。6. 膜片弹簧小端内径 r0及分离轴承作用半径 rf的选择r0最小值大于变速器第一轴花键的外径。 r0应大于 rf7 . 切槽宽度 1、 2及半径 re的确定1 =3.2 3.5mm， 2 =9 10mm， r- re 2 。8 . 压盘加载点 R1和支承环加载点 r1的