径向嵌套式双离合器的设计【含CAD图纸、说明书】
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本科毕业设计(论文)题目：径向嵌套式双离合器的设计径向嵌套式双离合器的设计摘 要 双离合器自动变速器（DCT）在二十世纪九十年代末期兴起于欧洲，是继液力机械式自动变速器(AT)、电控机械式自动变速器(AMT)和无级自动变速器(CVT)之后的又一种新型的自动变速器。双离合器自动变速器由电控机械式自动变速器发展而来，继承了手动变速器的许多优点，而且具有良好的起步换档和燃油经济性能而得到迅速的发展。双离合器自动变速器的研究在国内才刚刚起步，然而由于其具有优良的性能以及对现有生产设备很好的继承性而受到了极大的重视，具有良好的发展前景。本文从双离合器自动变速器的结构出发，系统全面的分析了其结构和工作原理，并制定了一套结构和尺寸的设计原则与方法，主要做了以下几方面的工作：分析了双离合器自动变速器系统的结构和工作原理， 对双离合器自动变速器不同的结构型式进行了详细的分析和比较，得到了他们各自的结构特点、工作原理和使用原则。分别分析了湿式双离合器的结构特点，提出了两种典型湿式双离合器摩擦副材料，摩擦表面尺寸以及三种双输入轴自动变速器传动比、中心距、齿轮参数和轴的结构尺寸等设计计算方法，并对湿式双离合器起步时的产生的摩滑功进行了理论上的推导。关键词：径向嵌套式；双离合器自动变速器；湿式双离合器；设计方法Radial Nested Dual Clutch DesignAbstractTDual-clutch automatic transmission (DCT) in the late 1990s, the rise in Europe, is the second hydromechanical automatic transmission (AT), electronically controlled automatic mechanical transmission (AMT) and stepless automatic transmission (CVT) after a new type of automatic transmission. Dual-clutch automatic transmission and the rapid development of electronically controlled automatic mechanical transmission evolved, inherited many of the advantages of a manual transmission, and has a good start shifting and fuel economy performance. Research dual-clutch automatic transmission in the country has just started, but because of its excellent performance and good for the existing production equipment and inheritance received great attention, with good prospects for development.In this paper, the structure of dual-clutch automatic transmission starting systematic and comprehensive analysis of its structure and working principle, and developed a set of design principles and methods of structure and size, mainly to do work in the following areas: analysis of the dual-clutch automatic transmission structure and working principle of the system, dual-clutch automatic transmission for different structural types carried out a detailed analysis and comparison, got their own structural characteristics, operating principles and guidelines. Structural characteristics were analyzed wet dual-clutch, put forward two typical wet dual-clutch friction materials, friction surfaces in three dimensions as well as dual input shaft of the automatic transmission gear ratio, the center distance, structure, size and other gear shaft design parameters and calculation methods , and rub the wet dual clutch slip power generated by the start of a theoretical derivation.Key Words: Radial nested dual clutch automatic transmission；dual wet clutch；design methods主要符号表M 离合器传递扭矩 摩擦系数 接触系数 am 摩擦片内外半径的比值R 摩擦片外半径R 摩擦片内半径Z 摩擦副数 离合器的储备系数目 录1 绪论1 1.1 径向嵌套式双离合器变速器（DCT）的特点及工作原理1 1.2 径向嵌套式双离合器设计的目的和意义1 1.3 国内外相关研究情况32 径向嵌套式湿式双离合器的结构设计4 2.1 径向嵌套式湿式双离合器概述4 2.1.1 湿式离合器与干式离合器的比较4 2.1.2 径向嵌套式湿式双离合器的结构及其工作原理5 2.1.3 湿式双离合器的作用6 2.1.4 径向嵌套式湿式双离合器的要求7 2.2 径向嵌套式湿式双离合器的结构设计方法7 2.2.1 径向嵌套式湿式双离合器的结构布置形式7 2.2.2 压盘的结构型式和驱动方式8 2.2.3 活塞缸的结构型式和运动状态9 2.2.4 摩擦片的回位结构9 2.2.5 主动摩擦片支撑体的结构型式9 2.2.6 从动摩擦片连接件的结构型式10 2.2.7 扭转减振器的结构型式10 2.2.8 油路和密封圈的布置10 2.3本章小结103 湿式双离合器的尺寸设计计算方法12 3.1 选择摩擦副材料和摩擦副系数12 3.1.1 摩擦副材料的选择12 3.2.2 摩擦系数的选择13 3.2内离合器摩擦表面尺寸的计算14 3.2.1离合器摩擦力矩的计算14 3.2.2 表面接触系数和允许比压的选择15 3.3 外离合器擦表面尺寸的计算16 3.4 摩滑功的计算16 3.5 数据汇总184 总结19参考文献20致谢21毕业设计（论文）知识产权声明22毕业设计（论文）独创性声明22V1 绪论1.1径向嵌套式双离合器变速器（DCT）的特点及工作原理 现在使用的自动变速器主要有液力机械式自动变速器(AT)、无级自动变速器(CVT)、电控机械式自动变速器(AMT)以及最近发展的双离合器自动变速器（DCT）。AT 通过液力变矩器实现了发动机和传动系之间的柔性连接和传动，使汽车起步平稳，加速均匀、柔和，其结构比较复杂，制造成本较高。CVT 则是通过改变带轮的工作半径,使变速器传动比无级变化,能使发动机始终工作在最佳工作点,使车辆的性能大大提高。AMT 是在手动机械式变速器的基础上，用液压和控制系统操纵，实现自动变速的。DCT 是最近出现的一种机械式自动变速器，它保持了电控机械式自动变速器的各种优点，其动力传递通过两个离合器连结两根自动变速器输入轴，能够实现在不切断动力的情况下转换传动比，实现了换档过程的动力换档。1.2径向嵌套式双离合器设计的目的和意义 双离合器自动变速器是基于平行轴式手动变速器发展而来的，它继承了手动变速器传动效率高、安装空间紧凑、重量轻、价格便宜等许多优点，双离合器自动变速器的优点还体现在对车辆性能的提高和对自动变速器生产成本的降低两个方面：首先，因为双离合器自动变速器是按照动力换档的原理来进行操纵的，它的成本与效率介于 AT 自动变速器和 AMT 变速器之间。双离合器自动变速器在换档过程中不存在动力中断，保留了 AT、CVT 等换档品质好的优点。车辆在换档过程中，发动机的动力始终可以传递到车轮，换档迅速平稳，不仅保证了车辆的加速性，而且由于车辆不再产生由于换档引起的急剧减速情况，也极大地改善了车辆运行的舒适性。这相对电控机械式自动变速器来说，是一个巨大的改进。而且，它大大缩短了换档时间，两个离合器的切换时间通常在 0.30.4 秒左右，换档完成时间非常短，所以不易被车内乘员感觉到，极大地提高了乘坐舒适性，保证了车辆具有良好的动力性与换档品质1。双离合器自动变速器的内部传动为齿轮式纯机械传动，其运行时的传动效率等同于电控机械式自动变速器（AMT）。虽然这种双离合器自动变速器也需要额外的动力来控制它进行工作，但是其特定的内部结构和决策能力使这种变速器具有比传统变速器更好的燃油经济性。并且，由于控制方式的改进，1换档时间的缩短，对车辆油耗和排放等方面也有所改善。 其次，由于双离合器自动变速器是在原传统的手动变速器基础上进行自动化的，从而以结构简单的平行轴式结构达到了结构复杂的旋转轴（行星齿轮）式自动变速器的效果，但结构更加紧凑，成本更低。并且因为在离合器分离的情况下，档位要预先啮合，可以有较充分的转速同步时间，提高了乘坐舒适性。因其结构更为简单，其成本远远低于AT、CVT 等自动变速器。 另外，运用这种双离合器自动变速器动力换档的原理，不但可以直接开发设计自动变速器，而且它的一些结构也是目前国内外重点研究的混合动力车辆项目中传动系统的基本组成部分。混合动力汽车（HEV）的研究已被列入国家“863”计划，其传动系统的自动化水平和传递效率是其中的一项关键技术。国外研究表明，从动力性、经济性和排放等方面考虑，机械式自动变速箱应为HEV首选。因此，研究这种双离合器的工作过程和控制规律对于开发新型的自动变速器和促进车辆混合动力传动技术的研究既有实用价值，又具有理论意义。1.3国内外相关研究情况 国外对双离合器自动变速器的研究较早。1940年，德国 Darmstadt 大学教授Rudolph Franke 第一个申请了DCT专利；20世纪90年代末，大众公司和博格华纳携手合作生产出第一个适用于大批量生产的和应用于主流车型的双离合器变速器。2002年，美国人 Thomas C.Bowen 发明了一种双离合器中间轴自动变速器。2005年，Andreas Hegerath,Bergheim 为双输入轴变速器发明了一种轴向平行式湿式双离合器。2006年，包括奥迪 A3、奥迪 TT 等在内的近十款德国大众公司的轿车配备了双离合器自动变速器。 国外相比，国内对双离合器自动变速器的研究较晚、较少，也比较片面。2002年，牛铭奎、金伦在导师葛安林教授的指导下对双离合器自动变速器的结构和工作原理进行了分析，并对其换档特性和控制规律进行了研究。2005 年，荆崇波，苑士华，郭晓林对双离合器自动变速器的结构、工作原理、工作特性以及关键技术进行了分析，并预测其将来在欧洲和中国一定会的到迅速的发展。2005年，刘振军，秦大同，叶明等对双离合器自动变速传动系统的换挡控制、离合器控制等关键控制问题进行了分析。2006年，国家将双离合器自动变速器列为“十一五”国家 863计划重点项目进行研究，从此其在国内得到了迅速发展。22 径向嵌套式湿式双离合器的结构设计2.1径向嵌套式湿式双离合器概述径向嵌套式湿式双离合器按摩擦元件的结构可分为片式、锥式和带式；其中片式湿式离合器按摩擦片的数量又可分为单、双、多片，目前一般使用湿式多片双离合器2。2.1.1湿式离合器与干式离合器的比较双离合器作为DCT的重要部件之一,其工作性能直接关系到车辆的正常起步及换挡品质。为确保传力可靠,分离彻底,结合柔顺,换挡快速,体积小,质量轻,寿命长,易制造等,无论从性能、结构方面,还是生产制造方式和操纵控制方面,都对双离合器提出了较高要求。目前,在DCT系统中通常采用干式单片或湿式多片两种结构型式。干式单片离合器或湿式多片离合器主要有以下几方面的不同点:表2.1 干式与湿式离合器的不同点湿式离合器干式离合器1.结构复杂，价格较贵；2.摩擦系数稳定、磨损小和使用寿命高；3. 结构尺寸较小，易于布置，可控性、操作性和控制品质好；4. 用油冷却，可长时间滑摩；5换挡冲击小，换挡品质好；6. 传递效率低；7储备系数小1.结构简单，价格便宜；2.摩擦系数不稳定、磨损较大和使用寿命低；3.结构尺寸大,操纵机构布置困难；4. 适用于在短时间内接合；5. 换档冲击大，换挡品质差；6. 传递效率高；7储备系数大。202.1.2径向嵌套式湿式双离合器的结构及其工作原理如图 2.1所示，径向嵌套式湿式双离合器由外离合器 1、内离合器 2、离合器摩擦片公共支撑体7、离合器内摩擦片支撑体17和16、驱动活塞9和3、回位弹簧片18和19、修正活塞4 以及离合器毂13等组成。结构如图2.1所示： 图2.1 径向嵌套式湿式双离合器 湿式双离合器的外摩擦片20、21通过周向固定、沿轴向可移动的方式分别连接在离合器外摩擦片支撑体7、12上，由离合器外摩擦片支撑体7、12带动着一起绕轴 ax 轴转动，发动机扭矩通过曲轴和离合器外摩擦片支撑体 7、12传递到外摩擦片3。内摩擦片22、23也通过同样的方式分别连接在内摩擦片支撑体17、16上，离合器接合后，内摩擦片22、23分别在外摩擦片 20、21的带动下，绕ax 轴转动。内摩擦片支撑体17、16通过花键分别与自动变速器输入轴30、31连接，摩擦扭矩通过内摩擦片支撑体17、16分别传递到自动变速器输入轴30、31。 离合器摩擦公共支撑体7主要由与外离合器外摩擦片20连接的外离合器摩擦片支撑体 7a 和与内离合器外摩擦片21连接的内离合器外摩擦片支撑体12组成。 径向嵌套式湿式双离合器的内离合器嵌套在外离合器内，摩擦片直径相差很大。离合器外摩擦片的升高部分7b、12a 上开有固定外摩擦片20、21 的槽口或凹槽，使外摩擦片20、21 能够通过例如花键、焊接等各种各样的方法装配到其上面。内摩擦片22、23也通过以上方法装配到在各自的内摩擦片支撑体17和16上开设的凹槽上。 压力腔6、10分别在摩擦片公共支撑体7的两边形成，其中驱动活塞3与摩擦片公共支撑体7之间形成的是压力腔6，驱动活塞9与导向圆筒11之间形成形成的是压力腔10。两个压力腔分别与油路连接，通过充油增压推动各自的驱动活塞作轴向运动，最后驱动活塞与压盘作用压紧内外摩擦片。为了修正因为液压油旋转产生离心惯性力影响驱动活塞回位，在两个驱动活塞相对于各自压力腔的另外一边，都布置有一个修正腔和回位弹簧，在离合器分离时帮助驱动活塞顺利回位。 离合器毂13通过轴承支撑在输入轴31上并绕其能旋转，同时摩擦片公共支撑体7也与离合器毂 13 和两个外摩擦片支撑体7a和12固定连接。这些零件成为湿式双离合器的主动部分，随着离合器毂13一起绕输入轴旋转。 湿式双离合器的从动部分结构简单，两个湿式离合器的从动部分分别由各自的内摩擦片和内摩擦片支撑组成。2.1.3湿式双离合器的作用 湿式双离合器应用于有两根输入轴的自动变速器中，能实现自动变速器的动力换档。湿式双离合器直接与发动机曲轴和自动变速器的输入轴连接，是湿式双离合器式自动变速器的重要部件之一。它担负着起步控制、传递动力、换档切换、减振和防止系统过载等重要作用4。a. 起步控制：控制汽车的起步过程、使汽车能平稳起步是湿式双离合器的首要功能。湿式双离合器有两个湿式离合器，其主动部分通过法兰与发动机的曲轴连接，两个湿式离合器的从动部分分别与变速器的两根输入轴通过法兰连接传递动力。当发动机起动时，与发动机曲轴连接的湿式双离合器主动部分做圆周运动，此时为了不使汽车起步时产生前冲，两个湿式离合器都处于分开状态，转矩此时不能从发动机上传递到汽车驱动轮上，汽车处于静止状态。等到同步器挂一挡时，压盘推动第一个离合器上的摩擦片，使离合器上的内外摩擦片产生摩滑直到完全接合。当发动机经过传动系传递给驱动轮的转矩逐渐增加到牵引力足以克服起动阻力时，汽车即从静止开始运动。由此，湿式双离合器控制了汽车的起步过程，使汽车能实现平稳起步。 b. 传递动力：传递动力是湿式双离合器的第二个功用。湿式双离合器最大的优点是其能实现汽车动力的不间断传递。与只有一个离合器的汽车相比，湿式双离合器的动力是由两个湿式离合器轮流的传递动力的。当变速器挂 1、3、5 档和倒档时，第一个湿式离合器 C1 接合传递动力，此时第二个湿式离合器 C2 是分离的；当变速器挂 2、4、6 档时，第二个湿式离合器 C2 接合传递动力，此时第一个湿式离合器 C1 是分离的。两个湿式离合器通过离合器 C1 滑摩；离合器 C1 接合；离合器 C1、C2 同时滑摩；离合器 C1 分离，离合器 C2 接合；离合器 C1、C2 同时滑摩；离合器 C1 接合，离合器 C2 分离这样的一个循环过程来不间断地将发动机的动力传递到变速器上。 c换档切换：湿式双离合器最重要的功用是换档切换，他最主要的特性是两个湿式离合器交替切换，在换档的过程中通过提前换档和两个湿式离合器的滑摩实现汽车的动力换档。d. 减振和防止系统过载：湿式双离合器与发动机曲轴通过扭转减振器连接，这避免了离合器与发动机曲轴的刚性连接，有效的衰减了发动机曲轴与离合器接合时的冲击，摩擦片之间滑摩也能衰减离合器接合时产生的冲击。当传递到离合器上的阻力大于摩擦片之间的摩擦力时，摩擦片之间就会产生滑摩，这样能有效的防止系统过载。2.1.4径向嵌套式湿式双离合器的要求 在设计湿式双离合器时，必须满足如下基本要求： 1) 结合状态下，既能可靠地传递扭矩又能防止传动系过载； 2) 工作性能稳定，即摩擦系数在离合器工作过程中应力求稳定； 3) 摩滑过程中有良好润滑和冷却； 4) 滑摩时相对转速小，冲击度小； 5) 油缸供油简单方便； 6) 从动部分的转动惯量要小； 7) 能避免和衰减传动系的扭矩，具有吸收振动，冲击和降低噪声的能力； 8) 具有足够的强度，工作可靠，使用寿命长。2.2径向嵌套式湿式双离合器的结构设计方法2.2.1径向嵌套式湿式双离合器的结构布置形式湿式双离合器的结构布置形式是径向嵌套式，其结构图如图 2.2 所示：图2.2 径向嵌套式双离合结构布置形式 轴向平行式湿式双离合器具有较高转矩能力，结构紧凑，其径向尺寸较小，但轴向尺寸较大。所以轴向平行式湿式双离合器一般用于发动机前置，后轮驱动或四轮驱动的汽车上5。 径向嵌套式湿式双离合器的两个湿式离合器径向平行布置，内离合器嵌套在外离合器环形摩擦片组内，两个湿式离合器的径向尺寸相差很大，外离合器传递转矩的能力会比内离合器传递转矩的能力大得多。由于径向嵌套式湿式双离合器的径向尺寸较大，轴向尺寸较小，所以可通过增加摩擦片数来减小其径向尺寸。径向嵌套式湿式双离合器一般用于发动机前置，前轮驱动的汽车上。受汽车结构和路面情况的影响，湿式双离合器的径向尺寸不可能设计的很大，所以径向嵌套式湿式双离合器传递的最大转矩有一定的限制。由于汽车一般是挂一档起动和爬坡，而一档与外离合器相连，所以在起步时能传递较大的转矩。适合用于在起步和爬坡时传递扭矩较大，换档时传递扭矩较小的汽车上。2.2.2压盘的结构型式和驱动方式 压盘作为湿式双离合器主动部分的一部分，一般直接连接在离合器毂或者连接在某种固定在离合器毂的支撑体上。不过这种连接应该是压盘在湿式双离合器接合分离过程中能根据活塞的移动自由的作轴向移动6。轴向平行式湿式双离合器的两个湿式双离合器轴向平行布置，大小相差不大。为了简化结构，降低成本，一般在两个湿式双离合器的中间布置一个固定在离合器毂上的中间压盘，两个湿式离合器相对于中间压盘对称布置。中间压盘和压盘一起作用于主、从动摩擦片，使离合器主、从动摩擦片能顺利的接合。湿式双离合器一般采用活塞驱动压盘驱动方式，即液压缸通过充油和增压推动活塞轴向移动，活塞再推动压盘轴向移动。这种驱动方式的好处是能自动补偿压盘与压盘和压盘与摩擦片之间的间隙，当摩擦元件磨损后也能由相应活塞的行程自行补偿7。2.2.3活塞缸的结构型式和运动状态湿式离合器可分为柱塞式，活塞式，隔膜式三种形式，湿式双离合器一般都属于活塞式。湿式离合器的活塞缸按照活塞缸是否随离合器旋转，可分为缸体旋转式和缸体固定式。由于刚体固定式湿式双离合器的结构比较复杂，其安装布置也较困难，而缸体旋转式能非常容易的布置在离合器主动部分上，并且结构非常紧凑，外形尺寸也小，所以湿式双离合器一般使用缸体旋转式活塞缸。因为活塞缸是固定在离合器毂上并和离合器毂一起绕离合器中心高速的旋转，为了避免活塞缸旋转时的离心力产生影响，活塞缸最好的结构是环形圆柱，环形圆柱内侧与离合器毂连接，液压油通过离合器毂中的油路和环形圆柱内壁中的油孔流到活塞缸中。活塞缸外壳与活塞共同形成活塞缸，活塞在活塞缸中根据油量和油压的变化自行作轴向移动。2.2.4摩擦片的回位结构 湿式双离合器通过活塞推动压盘运动，其在换档时，液压缸油压减小缓慢，并且由于离心力的影响，湿式双离合器的主、从摩擦片不能回到原来的位置。为了使湿式离合器的主、从动摩擦片片能顺利的回位，必须使用回位装置。 湿式双离合器回位装置的布置和结构都较为简单。从布置形式上看，回位装置主要布置在油缸相对于驱动活塞来的另一测，如图 21 和 22；从结构形式上看，回位装置主要有螺旋弹簧和碟形弹簧两种。2.2.5主动摩擦片支撑体的结构型式 主动摩擦片支撑体起着径向支撑主动摩擦片、连接离合器毂和离合器主动摩擦片、带动离合器主动摩擦片和离合器毂一起转动的作用。为了使摩擦片既能径向固定在支撑体上绕离合器线旋转，又能作轴向运动，主动摩擦片支撑体与主动摩擦片通过圆柱销连接。对于径向嵌套式湿式双离合器来说，为了简化结构，一般使用如图 2.3 所示的结构：图2.3 主摩擦片支撑体结构2.2.6从动摩擦片连接件的结构型式 从动摩擦片连接件通过法兰将自动变速器输入轴和从动摩擦片连接起来，带动自动变速器输入轴随从动摩擦片一起转动。从动摩擦片连接件固定连接在法兰上，而法兰通过花键与自动变速器连接。为了使从动部分的转动惯量尽量的小，从动摩擦片连接件的结构应该尽量的简单。2.2.7扭转减振器的结构型式 有的湿式双离合器主动部分的质量较大，为了避免湿式双离合器产生振动和冲击，必须安装扭转减震器。湿式双离合器的两个从动部分直接与自动变速器的两个输入轴连接，在从动部分布置两个扭转减震器不仅困难，而且结构复杂。因此湿式双离合器一般在发动机曲轴和湿式双离合器主动部分之间安装一个双质量飞轮，飞轮的一侧与发动机曲轴连接，扭转减震器一侧与离合器主动部分连接。这样既能防止湿式双离合器直接与发动机直接刚性的连接，又能起到飞轮的作用。2.2.8油路和密封圈的布置 湿式双离合器摩擦片结合需要液压油的驱动，湿式双离合器摩擦片的润滑和冷却，所以在湿式双离合器中，油路和密封圈的布置非常重要8。湿式双离合器中的油路主要布置在离合器轴和离合器毂中，其中液压缸中的液压油与起润滑和冷却摩擦片的油是不同的，所以他们的油路也是分开布置的。2.3本章小结本章首先对湿式双离合器的作用进行了论述，并提出了设计湿式双离合器的要求，对结构进行了设计，然后分八个部分提出了湿式双离合器结构设计的方法。3 湿式双离合器的尺寸设计计算方法3.1选择摩擦副材料和摩擦副系数3.1.1摩擦副材料的选择 湿式双离合器在起步和换档过程中滑摩时间较长，会产生大量的热量，如果这些热量不及时地散掉会增加摩擦片的温度，影响离合器的结合效果甚至烧坏摩擦片，所以离合器的摩擦片材料需要有较好的导热性和耐热性9。 湿式双离合器在工作中要传递足够大的扭矩，因此需要能承受足够大的剪切力。湿式双离合器摩擦片的摩擦系数较低，摩擦表面的压力可增加10倍，所以摩擦材料必须能承受较大的工作压力。 车辆液力传动应用的离合器摩擦副(又称摩擦对偶)可分为两大类，第一类是金属型的，它与钢片对偶的摩擦衬面材料具有金属性质，如钢对钢，钢对青铜(或黄铜)，钢对粉末冶金等。第二类是非金属型的，它的摩擦衬面材料具有非金属性质，如石棉树脂，纸，石墨树脂，塑料合成物等，它们的对偶可用钢和铸铁。 在金属型摩擦材料中，铜基粉末冶金材料在液力传动变速箱中获得广泛应用，与其它金属相比，其具有较高的摩擦系数；摩擦系数随温度的变化不大；允许表面温度高所以在高温下耐磨性好，使用寿命长；机械强度高，能承受离合器结合分离时的剪切力，以及较高的比压；导热性好，允许较长时间打滑而不烧坏。 铁基粉末冶金摩擦材料的摩擦系数比铜基大，但磨损量大，结合时刚性较大，在湿式双离合器中一般都不使用，适用于作干式刹车片，制动器的摩擦材料。 非金属型摩擦材料摩擦系数高，价廉，保证离合器结合平稳和无噪声，但是导热性差。近年来纸质摩擦材料在小客车自动传动中得到推广，用来代替铜基粉末冶金衬面，降低了成本，改善了舒适性。纸质摩擦材料摩擦系数较大（0.13左右），动摩擦系数几乎和摩滑速度无关，而且其具有弹性、疏松性和良好的润滑保持性能；但是磨损量大，耐热性较差，易烧坏，使用时必须保证良好的冷却润滑和较短的摩滑时间。 对于湿式双离合器，摩擦材料最重要的性能是摩擦副的性能，即传递摩擦力矩大小、稳定性和耐磨性。所以必须以一定条件（比压，摩滑速度、温度、润滑等）的摩擦系数值，摩擦系数稳定性和工作耐磨性作为依据来选择摩擦副材料。 图3.1是阿里森公司提供的四种摩擦材料的摩擦系数随摩滑速度变化的曲线10。图中1为纸质材料，2为石墨材料，3为石墨一树脂，4为青铜。由图可见，纸质材料的摩擦系数最大，且其随摩滑速度的变化最小，静、动摩擦系数值相差较小；青铜材料的摩擦系数最小，其随摩滑速度的变化最大，静、动摩擦系数值相差较大。图3.1 四种材料的摩擦系数 由以上分析可知，综合考虑比压，摩滑速度和温度的影响，铜基粉末冶金材料摩滑时的摩擦系数降低了近50，这对湿式离合器接合时的稳定是很不利的。3.2.2摩擦系数的选择 摩擦片的摩擦系数有静摩擦系数和动摩擦系数之分。 静摩擦系数j 是指摩擦副无相对摩滑时的摩擦系数。静摩擦系数对传递发动机扭矩和过载保护等方面有影响，常在静态计算中应用。 动摩擦系数d 是指在一定相对摩滑速度下的摩擦系数值。为了保证湿式双离合器在滑摩时能正常工作，在计算摩擦转矩时应按照离合器的动摩擦系数来计算。在选定摩擦副材料后，可根据表3.1选定摩擦副系数。表 3.1 各种摩擦副的摩擦系数和允许比压摩擦副材料静摩擦系数动摩擦系数允许比压（105N/m2）纸质对钢0.13-0.160.1120石墨-树脂对钢-0.1030铜基粉末冶金对钢0.1-0.120.06-0.08403.2内离合器摩擦表面尺寸的计算3.2.1离合器摩擦力矩的计算湿式离合器的摩擦力矩Mm与压紧力、离合器摩擦副数、摩擦接触表面摩擦系数和作用半径有关,经推导纸质摩擦材料换算作用半径为rh=2(R3-r3)/3(R2-r2),离合器摩擦力矩应大于传递的扭矩,才能可靠工作,即在滑摩过程中能保证一定时间内结合,在结合后工作时不打滑.故离合器的摩擦矩: Mm=Mmax=0.67(1 -am3)qR3z (3.1)其中: M-离合器传递的扭矩,一般取发动机的最大扭矩; -摩擦系数,从动力换档传递力矩出发,取动摩擦系数; -接触系数,等于扣除油槽后的面积和总面积之比(7Mm,所以验证设计的外离合器可以保证传递发动机的最大转矩.但外离合器接合如仍按上述的内离合器接合时的规律加压,必定会产生冲击和过载,因此还需按外离合器的后备系数确定外离合器接合时的最大比压。 Mm=Mmax=0.67(1 -am3)qR3z 1.2135=0.6(1 -0.83)q0.0742538 则可求得: q=7.3105N/m23.4摩滑功的计算 车辆从原地起步及动力换档的过程中,离合器分离、接合将出现摩滑过程,直到主被动系统转速相等时摩滑才结束,在此过程中离合器消耗的功称为摩滑功将会转变为大量的热,使摩擦副工作条件变坏.离合器的工作可靠性和耐用性,不仅决定于传递扭矩的能力,很大程度上还与摩擦副的热负荷有关.而摩滑功也是计算离合器热负荷的基础,影响摩滑功的因素主要有:摩擦片的压力,相对转速,换档时间,发动机的扭矩变化特性,主被动系统的转动惯量,主被动系统的阻力矩,摩擦副的摩擦系数和表面状态,润滑油的粘度等.如摩滑过程中产生的热量过大,离合器摩擦片将可能出现翘曲、烧坏、融化、烧结等现象,因此必须对离合器进行热负荷计算以便为后续摩擦片的热负荷和冷却油的计算提供依据.换挡和起步时产生摩滑功大小也不相同,与换挡过程相比起步时汽车从零速度在几秒内上升到几十千米每小时的速度,加速度很大,摩滑现象较剧烈,单位时间内产生的摩滑功也较多.因此只需计算湿式双离合器起步时产生的摩滑功即可14。 车辆一般都使用一档起步,假设与一档主动齿轮连接的自动变速器输入轴与湿式离合器C1的从动部分连接,则车辆起步时只有湿式离合器C1在工作,湿式离合器C2是始终分离的.由此我们可建立车辆在起步时的动力学模型如3.2图所示：图 3.2 双离合器起步模型 图中各符号的意义为:Te为发动机输出扭矩;Tc1为离合器C1传递的摩擦扭矩;Tt为对车辆输出的扭矩;T11为离合器C1从动部分对发动机和离合器主动部分的反作用扭矩;T12为输出轴对离合器C1从动部分的反作用扭矩;e为发动机的角速度;c1为离合器C1的角速度;Ie为发动机和离合器主动部分的转动惯量;Ic1为离合器C1从动部分(包括所在变速器输入轴Z1及其上齿轮)的转动惯量;Ic2为离合器C2从动部分(包括所在变速器输入轴Z2及其上齿轮)的转动惯量;Ioc为汽车主减速器等其他旋转零件的转动惯量.力矩方向以沿发动机角速度方向为正.主减速器传动比为i0,低档传动比为i1。 假设起步时湿式离合器C1在tm秒接合,在C1接合过程中,为了计算的方便,一般假设发动机输出扭矩Te和离合器C1从动部分对发动机和离合器主动部分的反作用扭矩T11均为常数,离合器C1传递的摩擦扭矩Tc1为时间t的线性函数,即Tc1=kt.设Ic为离合器整个从动部分的转动惯量,则Ic=Ic1+Ic2+Ioc。当t=0时,湿式离合器开始接合,其主动部分角速度e=0,0为离合器接合开始时发动机输出的转速,湿式离合器从动部分角速度c1=015。当t=mt时,湿式离合器主从动部分将完全接合在一起,离合器主动部分角速度e将等于离合器从动部分角速度c1,即e=c1。由此推导出摩擦扭矩随时间的增长系数k=(TeIc+T11Ie)tm+0IeIc/(Ie+Ic)tm2.车辆在起步时的摩滑功的表达式Wc1= (3.4) 当t=0,c1=0时确定积分常量得摩滑功的表达式Wc1= (3.5)将各参数带入上式可得:Wc1=20524.91J (3.6)3.5数据汇总 将本文所得数据列表见图3.1所示：图3.1 数据汇总径向嵌套式双离合器外离合器内离合器静摩擦系数0.13-0.160.13-0.16动摩擦系数0.110.11后备系数1.21.1摩擦片数33摩擦片外半径D(mm)225150摩擦片内直径d(mm)360210摩擦片内外半径比am0.7880.7摩擦片厚度(mm)88摩擦片分离间隙(mm)0.200.19最大许用应力q(N/M2)7.31051.391064 总结 本课题详细的分析了径向嵌套式湿式双离合器的结构和特点，制定了一套湿式双离合器结构和尺寸参数的设计方法，做了以下几方面的工作： 对湿式离合器和干式离合器的对比分析，可知湿式离合器更适合用于双离合器，总结得到了他们各自的结构特点、工作原理、使用原则和相互之间的区别。 通过对湿式双离合器的作用、设计要求、结构和各种摩擦副材料的性能特点进行分析，确定了湿式双离合器的结构型式和摩擦副材料的选择原则，提出了摩擦表面尺寸的设计方法，并通过湿式双离合器起步时的动力学方程从理论上推导出了其摩滑功的计算公式。 在研究本课题时，虽然尽可能的将理论与实际结合起来，但是由于作者的水平和试验条件有限，课题主要在理论上制定了湿式双离合器参数的选择原则和结构尺寸的设计计算方法，而在真正的设计生产制造径向嵌套式双离合器是需要考虑很多实际因素的，这是本文主要的不足之处。由于时间的限制，我们还要很多很重要的地方需要认真的研究。参考文献1 荆崇波,苑士华,郭晓林.双离合器自动变速器及其应用前景分析J.北京理工大学机械与车工程学院,2005,（3）：56-58.2 李大胜,吕明,石怀荣.径向嵌套式湿式双离合器设计方法的研究J.湖南工程学院学报,2011（2）：20-22.3 牛铭奎,葛安林,金伦,徐彩琪.双离合器式自动变速器简介J.汽车
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