离合器设计

第二章离合器设计第一节 概述离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。主要作用：(1)汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；(2)在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；(3)限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。摩擦离合器主要组成摩擦离合器主要由主动部分（发动机飞轮、离合器盖和压盘等）、从动部分（从动盘）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等）四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构。操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。 （一）离合器功用和要求（ 1）使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步（ 2）暂时切断发动机与传动系联系，便于发动机起动和变速器换档。（ 3）限制所传递扭矩，防止传动系过载。（二）组成：主动部分；从动部分压紧装置；分离机构操纵机构 12离合器 变速器1 2 3（三）离合器传递的转矩影响因素：（ 1）弹簧压紧力 转矩（ 2）摩擦片尺寸和数目 转矩（ 3）摩擦材料（系数） 转矩（四）对离合器的要求（ 4）离合器从动部分的转动惯量尽可能小，（变速器换档时分离了，但还在高速运转）（ 3）接合平顺柔和，保证汽车平稳起步（ 2）分离迅速彻底；（ 1）具有合适的储备能力（高于发动机所传递的最大扭矩）（五）分类a. 弹簧压紧力 不能太大，分离困难b. 摩擦片尺寸 不能太大，结构庞大按压紧弹簧结构：螺旋弹簧离合器膜片弹簧离合器周布中央按 从动盘数目：单片离合器 中、轻型汽车双片离合器 摩擦片数目 转矩（ 2）分离过程踩下踏板 套在从动盘毂环槽中的拨叉 克服弹簧力推从动盘右移 与飞轮分离 摩擦力消失 传动中断（ 1）离合器接合状态（汽车常态）弹簧将从动盘压向飞轮 发动机转矩经飞轮及从动盘的摩擦片 从动盘 从动轴 传动系（ 3）离合器接合过程放松踏板 从动盘在压紧弹簧力回复力作用下 向左移动与飞轮恢复接触。第二节：摩擦片式离合器工作原理（一）离合器组成离合器盖用螺栓固定在飞轮上 压盘圆周上的凸起伸入盖 6的窗孔中主动部分：从动部分：带 摩擦衬片的从动盘 3 通过滑动花键套在从动轴上。压紧装置：沿 圆周均布的压紧弹簧装在理合器盖和压盘之间分离装置：分离杠杆外端和中部分别铰接于压盘和离合器盖上 分离轴承和分离套筒压装成一体 分离叉是中部有支点的杠杆12（二）离合器工作原理（ 1）接合状态摩擦片飞轮发动机转矩压盘从动盘毂从动轴离合器盖（ 2）分离过程踩下踏板拉杆拉分离叉内端左移分离轴承左移推动分离杠杆内端前移分离杠杆外端拉动压盘后移压缩压紧弹簧解除压力（ 3）接合过程抬起踏板分离轴承减小对分离杠杆内端的力压盘在压紧弹簧作用下逐渐回位（ 3）自由间隙与踏板行程自由行程自由间隙：分离杠杆内端和分离轴承之间的距离。该 间隙反映到踏板上使踏板产生一个空行程，称为踏板自由行程离合器接合过程中存在着滑磨，从动盘、压盘和飞轮长期使用磨损后，压盘向前移动，分离杠杆内端相应后移，如无间隙，杠杆内端将抵靠在分离轴承上而不能自由后移，使外端牵制不能前移，从而不能压紧从动盘。（ 5）分离杠杆高度调整制造误差、分离杠杆各支点磨损有差异等原因，导致分离杠杆内端沿离合器轴线方向出现高度不一的现象，这将使压盘分离时不能平行移动，从而分离不彻底，另外，当摩擦片磨损后，分离杠杆内端会后移动，分离杠杆向后倾斜越大，会增大运动干涉量。V三、膜片弹簧式离合器特点（一）膜片弹簧式离合器结构型式（ 1）膜片弹簧为碟 形，其上开有若干径向切槽，切槽内端开通，外端为防应力集中的圆孔，每两切槽之间钢板形成一个弹性杠杆，它兼起压紧弹簧、分离杠杆的作用（）压紧装置及工作原理1）组成：膜片弹簧中部两侧支承圈 6、 11用铆钉夹持在离合器盖上，两支承圈即为膜片弹簧变形的支点。压盘周边对称有多个分离钩，把膜片弹簧外边缘与压盘钩在一起。工作原理： 安装前 ：离合器和飞轮端面有一定的距离，膜片弹簧变形很小；安装后 ：从动盘、压盘迫使膜片弹簧以右侧支承圈为支点发生弹性变形，膜片弹簧的反弹力使其外缘对压盘和从动盘产生压紧力，分离时： 分离轴承推动膜片弹簧内缘前移，以左侧支承圈为支点，膜片弹簧外缘通过分离钩将压盘向后拉动，使离合器分离（ 4）膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧：非线性特性 ; 螺旋弹簧：线性特性操纵轻便：分离时：两种弹簧都附加压缩变形量，此时 P b2Ro+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 0.10 1.50MPa， 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：v 膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H；v 膜片弹簧钢板厚度 h ；v 自由状态下碟簧部分大端半径 R；v 自由状态下碟簧部分小端半径 r ；v 自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ；v 分离指数目 n 等，见图 。 图 -膜片弹簧的主要参数1.比值比值 H h和和 h的选择的选择比值 H h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。由图 - 可知，当 H h 时，F1= (1)有一极大值和一极小值；当 H h=2 时， F1= (1)的极小值落在横坐标上。图 - H / h 对膜片弹簧弹性特性的影响2. 比值 R r和 R、 r的选择根据结构布置和压紧力的要求， R r一般为 1.20 1.35。为使摩擦片上压力分布较均匀，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. 的选择膜片弹簧自由状态下圆锥底角 与内截锥高度 H关系密切， =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膜片弹簧的弹性特性曲线，如图 2-11所。该曲线的拐点 H对应着膜片弹簧的压平位置，而且 1H= (1M +1N) 2。 新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点 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 =(0.8 1.0) 1H， 以保证摩擦片在最大磨损限度 范围内压紧力从 F1B到 F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从 B变到 C， 为最大限度地减小踏板力， C点应尽量靠近 N点。图 2-11 膜片弹簧的弹性特性曲线三、膜片弹簧的优化设计 通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求。1. 目标函数关于膜片弹簧优化设计的目标函数主要有以下几种：1) 弹簧工作时的最大应力为最小。2) 从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。3) 在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。4) 在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。5) 选 3)和 4)两个目标函数为双目标。选取 5)作为目标函数，通过两个目标函数分配不同权重来协调它们之间的矛盾，并用转换函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数。式中， 1和 2分别为两个目标函数 (x1)和 (x2)的加权因子，视设计要求选定。（ 2-12）2. 设计变量 通过支承和压盘加在膜片弹簧上的载荷 F1集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为 l(图 2 12b)， 则有关系式(2-13) 图 2 12 膜片弹簧在不同工作状态时的变形 a)自由状态 b)压紧状态 C)分离状态 式中， E为材料的弹性模量 ； 为材料的泊松比 ； H内截锥高度； h弹簧板厚；R、 r为碟簧部分大、小端半径； R1、 r1为压盘加载点和支承环加载点半径。从膜片弹簧载荷变形特性公式 (212) 可以看出，应选取 H、 h、 R、 r、 R1、 r1这六个尺寸参数以及在接合工作点相应于弹簧工作压紧力 F1B的大端变形量 1B (图 211) 为优化设计变量，即 X = x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 T= H h R r R1 r1 1B T (2-14) 3. 约束条件 1) 应保证所设计的弹簧工作压紧力 F1B与要求压紧力 FY相等，即 F1B=FY 2) 为了保证各工作点 A、 B、 C有较合适的位置 (A点在凸点 M左边， B点在拐点 H附近， C点在凹点 N附近，如图 2-11所示 )，应正确选择 1B相对于拐点 1H的位置，一般 1B 1H=0.8 1.0， 即 (2-15) 3) 保证摩擦片磨损后仍能可靠地传递转矩，摩擦片磨损后弹簧工作压紧力 F1A应大于或等于新摩擦片时的压紧力 F1B，即F1AF1B 4) 为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的 H h与初始底锥角 H (R-r)应在一定范围内，即1.6H h2.2 9H (R-r)155) 弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即1.20R r1.35 702R A100 3.5R r05.0 (2-16)6) 为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径 R1(或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径 r1)应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即推式： (D+d) 4R1D 2 拉式： (D+d) 4r1D 27) 根据弹簧结构布置的要求， R1与 R、 r1与 r、 rf与 r0之差应在一定范围，即