汽车设计 第二章 离合器设计

汽车设计 电子教案第 2章 离合器设计1* 汽车设计 电子教案2.1 概述 现代汽车一般都以内燃机为动力，其传动系中离合器处于首端，它具有如下基本功用：(1) 在汽车起步时，通过离合器主动部分 (与发动机曲轴相连 )和从动部分 (与变速器第一轴相接 )之间的滑磨，转速逐渐接近，使旋转着的发动机和原为静止的传动系平稳地接合。(2) 当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换挡时轮齿间的冲击，便于换挡。(3) 当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大转矩 (即离合器的最大摩擦力矩 )时，其主、从动部分将产生滑磨。这样，离合器就起着防止传动系过载的作用。2* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式离合器按转递转矩的方式不同，可分为摩擦式、液力式、电磁式和综合式四种，其中摩擦式离合器应用最为广泛。 2.2.1 从动盘数的选择 1. 单片离合器单片离合器只有一个从动盘 ，单片离合器的特点是：结构简单，散热良好，轴向尺寸紧凑，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能够保证分离彻底 3* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.1 从动盘数的选择 2. 双片离合器双片离合器有两个从动盘，与单片离合器相比，由于摩擦面数增多，因而传递转矩的能力较大，且接合更加平顺、柔和，在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力也较小 。4* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.1 从动盘数的选择 3. 多片离合器多片离合器有两个以上从动盘，多为湿式，接合平顺柔和，由于在油中工作，摩擦表面温度低、磨损小，使用寿命长。但是分离行程大，分离不彻底 ，轴向尺寸和质量较大，从动部分转动惯量也很大 。 2.2.2 压紧弹簧的形式及布置 1. 周置弹簧离合器周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上 5* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.2 压紧弹簧的形式及布置 2. 中央弹簧离合器中央弹簧离合器采用 1-2个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥螺旋弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，压紧弹簧与从动盘的轴线相同。 3. 斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新结构形式，弹簧的轴线与离合器的轴线成一个夹角 。 4. 膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。 6* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.2 压紧弹簧的形式及布置膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比具有如下一系 列优点：(1) 膜片弹簧具有较理想的非线性特性7* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.2 压紧弹簧的形式及布置(2) 膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小。(3) 高速旋转时，弹簧压紧力降低的程度较周置圆柱弹簧离合器明显减小，所以摩擦力矩降低很少，性能稳定。(4) 膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。(5) 易于实现良好的通风散热，使用寿命长。(6) 膜片弹簧中心线与离合器中心线重合，平衡性好。8* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.3 膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种。推式膜片弹簧双支承环形式 推式膜片弹簧单支承环形式 9* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.3 膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧无支承环形式 拉式膜片弹簧支承环形式 10* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.4 压盘的驱动方式压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。压盘的驱动方式主要有凸块 窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。 2.2.5 分离杠杆和分离轴承在周置弹簧离合器中一般采用 3 6个分离杠杆 (简称分离杆 )；在膜片弹簧离合器中，分离杠杆的作用由膜片弹簧本身形成的弹性杠杆来完成；在中央弹簧离合器中则只有弹性压杆而没有分离杠杆；在斜置弹簧离合器中也只有压杆。 11* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.6 离合器的散热通风在离合器分离和接合过程中，由于摩擦会产生大量的热。如果不解决好通风散热问题，会使压盘温度过高，导致摩擦片过度磨损。 改善离合器散热通风的结构措施有：在压盘上设散热筋或鼓风筋；在离合器盖上开较大的通风孔；在离合器外壳上设通风窗；在双盘离合器的中间压盘内铸出通风槽；在离合器外壳内装一导流罩，加强通风 。 2.2.7 从动盘从动盘由摩擦片、从动钢片、减振器和花键等组成。 12* 汽车设计 电子教案2.2 离合器的结构形式 2.2.7 从动盘摩擦片在性能上应满足如下要求：摩擦系数较稳定；足够的机械强度和耐磨性；磨合性好；密度小；有利于接合平顺；长期停放，摩擦表面不发生 “粘合 ”。摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘结两种。13* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.1 摩擦离合器转矩摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩为设为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积上产生的单元摩擦力矩为 整个摩擦面上产生的摩擦力矩为14* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.1 摩擦离合器转矩摩擦面承受的单位压力为对于具有个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为带入 得可以得到摩擦片平均摩擦半径为当时 ，可由下式相当准确地计算15* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.1 摩擦离合器转矩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，设计时应大于发动机最大转矩，即 2.3.2 后备系数后备系数是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。 16* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.3 单位压力单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。摩擦片单位压力的取值范围 17* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.4 摩擦片外径、内径和厚度当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，可估算出摩擦片外径：摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选取：直径系数的取值范围 18* 汽车设计 电子教案2.3 离合器基本参数的选择 2.3.5 摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙摩擦片的摩擦因数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。离合器间隙是指离合器处于正常接合状态，分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，该间隙一般为 3-4mm。 19* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.1 圆柱螺旋弹簧在周置弹簧离合器中，设弹簧数为 ，每个弹簧的工作压力为弹簧的工作应力为选好旋绕比 ，计算出 ，再选好工作压力，则有弹簧工作圈数可根据刚度条件和 、 确定20* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.2 圆锥螺旋弹簧 1. 圆锥螺旋弹簧的特性计算(1) 第一圈触合前 ( )弹簧的变形 (mm)为(2) 第一圈触合时作用在弹簧上的力为(3) 第一圈触合时 ( )弹簧的变形为(4) 各圈完全触合时的极限力为21* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.2 圆锥螺旋弹簧(5) 作用力为 时弹簧的变形为2. 圆锥螺旋弹簧的强度计算矩形断面的圆锥螺旋弹簧受力变形时，其断面将发生翘曲，截面长边中点的剪应力为最大剪应力 (MPa)矩形截面圆锥螺旋弹簧的应力 、变形 及刚度 的算法如下22* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧 1. 膜片弹簧的载荷与变形之间的关系通过支撑环和压盘施加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假想集中在加载点上，用 表示，加载点之间的相对轴向变形为 。压紧力与变形之间的关系式为23* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧在分离与压紧两种状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的转角 ，便有如下的对应关系(a) 自由状态 (b) 压紧状态 (c) 分离状态 膜片弹簧在不同工作状态时的变形 24* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧在此假定是 一个小角度，上式实际上是一个杠杆关系。所以膜片弹簧的变形可以是由 引起，也可以是由 引起。当满足如下关系时，由两者引起的膜片弹簧变形是相同的。25* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧设 是从离合器接合状态算起的膜片弹簧与压盘接触点的变形量，则根据杠杆关系有26* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧应该指出， 不包括分离指在载荷作用下所产生的弹性体变形 。如果考虑这种弹性体变形，分离轴承的总移动行程 为27* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4.3 膜片弹簧 2. 膜片弹簧的强度计算断面上任意点 (x， y)的切向应力为28* 汽车设计 电子教案2.4 离合器的设计与计算 2.4