【汽车设计-过学迅】第2章 离合器设计

1、2.12.1概述概述2.22.2离合器结构方案的确定离合器结构方案的确定2.32.3离合器基本参数的设计计算离合器基本参数的设计计算2.42.4压紧弹簧的设计压紧弹簧的设计2.52.5扭转减振器的设计扭转减振器的设计2.6 2.6 离合器操纵机构的设计离合器操纵机构的设计习题习题第第2 2章章 离合器设计离合器设计主要内容本章介绍汽车传动系统中主要部件离合器的结构形式及设计计算方法。本章要求:1.了解离合器结构方案的确定；2.掌握离合器基本参数的设计计算；3.掌握压紧弹簧的设计；4.掌握扭转减振器的设计；5.了解离合器操纵机构的设计。第第2 2章章 离合器设计离合器设计2.12.1概述概述 离

2、合器的功能是将发动机的动力从飞轮传递到变速器。此外，它还必须具备以下功用：在汽车起步时将发动机与传动系统平顺地接合，使汽车平稳起步，在换挡时将发动机与传动系统分离，减少变速器中齿轮之间的冲击，便于换挡，在工作中受到大的动载荷时，能通过打滑来保护传动系统，防止其受过大的载荷。离合器由主动件、从动件、操纵机构三部分组成。()主动件:离合器压盘、压紧弹簧及盖总成。()从动件:从动盘总成。()操纵机构:离合器踏板、传动部件及助力装置、分离叉、分离轴承。2.1.1 2.1.1 离合器设计的基本要求离合器设计的基本要求()在汽车规定的工况下能可靠地传递发动机的最大转矩,且传递转矩的能力有适当的储备。()分

3、离时要彻底迅速。()接合时要平顺柔和，以保证汽车起步平稳，没有抖动和冲击。()离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时齿轮间的冲击，并便于换挡。()应使汽车传动系统避免危险的扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击和减少噪声的能力。()离合器压盘应有足够的热容量，并且散热通风良好，以防止工作温度过高。()操纵轻便，以减轻驾驶人的疲劳。()在离合器使用过程中，作用在摩擦片上的正压力和摩擦系数变化要小，力求使离合器工作性能保持稳定、可靠，工作寿命长。2.1.2 2.1.2 离合器设计的一般步骤离合器设计的一般步骤 获取或确定与计算相关的参数获取或确定与计算相关的参数 获取及确定前后连接件的接口参数获取及

4、确定前后连接件的接口参数 结构方案确定结构方案确定 设计计算设计计算 其他机构设计其他机构设计2.2.1 2.2.1 从动盘数选择从动盘数选择盘式离合器按从动盘数目可分为单片式、双片式和多片式三种。2.22.2离合器结构方案的确定离合器结构方案的确定单片式离合器双片式离合器2.2.2 2.2.2 压紧弹簧型式选取压紧弹簧型式选取离合器压紧弹簧有螺旋弹簧和膜片弹簧等型式。推式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器2.2.3 2.2.3 压盘的驱动方式压盘的驱动方式 压盘的驱动方式有凸块窗孔式、销钉式、键块式和钢带式多种，可根据压盘结构和压紧弹簧形式选取。2.2.4 2.2.4 压盘和中间压盘压盘和中间

5、压盘 压盘和中间压盘一般做成圆环形的盘状，压盘的外径应略大于或等于摩擦片的外径，内径略小于或等于摩擦片的内径。2.2.5 2.2.5 从动盘从动盘 从动盘由摩擦片、从动钢片、扭转减振器和从动盘毂等零件组成。离合器从动盘摩擦片 从动钢片 扭转减振器 从动盘毂带扭转减振器的从动盘零件分解图2.2.6 2.2.6 分离杠杆分离杠杆 膜片弹簧离合器的分离杠杆就是与碟形弹簧一体的分离指。分离杠杆的支撑常采用滚针轴承、滚销和刀口支撑等型式。2.2.7 2.2.7 离合器的通风散热离合器的通风散热 ()在压盘上设散热筋或鼓风筋。 ()在离合器盖上开较大的通风，在离合器外壳上设通风窗。 ()在双盘式离合器的中

6、间压盘内铸出通风槽。 ()将离合器盖和分离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。2.3.1 2.3.1 静摩擦力矩的计算静摩擦力矩的计算 摩擦式离合器在接合状态时是靠离合器的摩擦面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。摩擦面间的静摩擦力矩可按下列方法计算，设压盘施加在摩擦面上的压力是均匀分布，摩擦面上的总压力为，则有:2.32.3离合器基本参数的设计计算离合器基本参数的设计计算式中:P0单位面积上的压力，MPa。 A摩擦面的面积，mm。 D摩擦片的外径，mm。 d摩擦片的内径，m。(2-1)(2-1) 在摩擦面上取一微元面积d，则在微元面积上所受的正压力d，则离合器摩擦面上总的静摩擦力矩为:式中: 摩擦

7、面数。单盘式离合器=，双盘式离合器=。 摩擦面间的静摩擦系数。计算时一般取0.25 0.35。 内外径之比。=/。摩擦片受力计算简图(2-2)(2-2)2.3.2 2.3.2 滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩c可用下式计算:式中:滑动摩擦系数。(2-3)(2-3)2.3.3 2.3.3 滑动摩擦力矩计算滑动摩擦力矩计算1.1.后备系数后备系数 后备系数是离合器的一个重要参数,它反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度,离合器的静摩擦力矩c应大于发动机的最大输出转矩e max ，即:式中:离合器的后备系数，须大于。在选择离合器后备系数时，应考虑以下几点:()摩擦片在使用中磨损后，确保离

8、合器仍能传递发动机的最大转矩。()应能避免离合器在车辆起步过程出现过量的滑磨。()应能防止传动系统过载。(2-4)2.2.单位压力单位压力 单位压力P0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，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时， P0应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷， P0应取小些；后备系数较大时，可适当增大P0 。2.3.4 2.3.4 摩擦片主要尺寸的确定摩擦片主要尺寸的确定 摩擦片的主要尺寸有两个：摩擦片的外径 和内径。 在离合器结构形式及摩擦片材料选定、其他参数已知或选

9、取后，结合前面公式即可估算出摩擦片尺寸。摩擦片外径D（mm）也可根据如下经验公式选用： 式中：KD为直径系数。Dd)7 . 053. 0(maxeDTKD 内径：式中:摩擦片的外径。(2-6)(2-6)(2-7)(2-7)2.4.1 2.4.1 周置弹簧离合器的圆柱螺旋压紧弹簧设计周置弹簧离合器的圆柱螺旋压紧弹簧设计.弹簧数2.42.4压紧弹簧的设计压紧弹簧的设计 周布弹簧离合器所需要的弹簧数与离合器摩擦片外径和选取的弹簧刚度及钢丝直径有关，弹簧数可参照下表选取。2.2.确定单个弹簧的工作点载荷确定单个弹簧的工作点载荷3.3.选择弹簧钢丝直径和材料、旋绕比选择弹簧钢丝直径和材料、旋绕比式中:旋

10、绕比。=2/，为弹簧中径2与钢丝直径之比。 弹簧钢丝材料许用剪切应力。 考虑剪力和簧圈曲率影响的曲度系数(2-8)(2-9)4. 4. 弹簧的工作弹簧的工作( (有效有效) )圈数圈数5.5.弹簧在离合器工作点状态的剪切应力弹簧在离合器工作点状态的剪切应力 校核校核式中:2弹簧圈平均直径(即中径)。 弹簧钢丝直径。 弹簧旋绕比。 弹簧曲度系数。式中:弹簧材料的切变模量。 弹簧刚度。(2-11)(2-13)2.4.2 2.4.2 膜片弹簧的设计膜片弹簧的设计. .膜片弹簧的载荷与变形的关系膜片弹簧的载荷与变形的关系式中:弹性模量。泊松比。膜片弹簧的厚度。膜片弹簧在自由状态下，碟簧部分的内截锥高度

11、。、膜片弹簧在自由状态下，碟簧部分的大端和小端半径。、压盘加载点和支撑环加载点半径。膜片弹簧子午断面绕中性点的转动(2-14)根据式(2-14)，可作出膜片弹簧的1-1曲线，既载荷特性曲线。膜片弹簧在不同工作状态时的变形式中:f膜片弹簧分离指与分离轴承接触圆的半径。(2-15)(2-16) 在分离与压紧两种加载情况下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，即其碟簧部分的子午断面从自由状态的初始位置转过相同的转角，便有如下的对应关系:. .膜片弹簧的应力计算膜片弹簧的应力计算式中:2弹簧圈平均直径(即中径)。 弹簧钢丝直径。 弹簧旋绕比。 弹簧曲度系数。式中: 碟簧部分子午断面的转角(从自由状态初始位置

12、算起)。碟簧部分自由状态的圆锥底角。碟簧部分子午断面内中性点的半径。可求出tc达到极大值时的转角,即:切向应力在碟簧子午断面的分布(2-17)(2-17)(2-18)(2-19)3. 3. 膜片弹簧主要参数的选择及有关设计问题的考虑膜片弹簧主要参数的选择及有关设计问题的考虑()高厚比/的选择。()膜片弹簧工作点位置的选择。()外内径比/。()膜片弹簧在自由状态时圆锥底角一般在1013.5。/对膜片弹簧的特性影响膜片弹簧的载荷特性曲线4.4.膜片弹簧的设计计算要点膜片弹簧的设计计算要点()初选相关尺寸和参数:膜片弹簧高厚比/、外内径比/和、工作点位置比、压盘加载点半径1，支撑环加载点半径1。()

13、确定膜片弹簧的工作载荷。式中:c摩擦片上摩擦合力作用半径。()计算膜片弹簧的厚度。式中:高厚比。 工作点位置比。(2-20)(2-21)()按式(2-14)求得载荷特性曲线1 1，并求取凸点、拐点、凹点和工作点、磨损点、分离点等各点的载荷1和位移1值。()通过式(2-15)和式(2-16) 可求得分离特性曲线2-1，并求取工作点和分离点的载荷2和位移1值。 膜片弹簧离合器在摩擦片磨损后，分离力达到最大，将1M点的1值代入式(2-16)，可得到磨损后的分离力2最大值。()按式(2-17)校核各个角点的应力，计算值不得大于许用值。. .膜片弹簧的材料和制造工艺关键膜片弹簧的材料和制造工艺关键 膜片

14、弹簧应采用合金弹簧钢板制造 其碟簧部分的尺寸精度要高，国内、外常用的膜片弹簧材料为50CrVA。2.52.5扭转减振器的设计扭转减振器的设计 扭转减振器是现代汽车离合器从动盘的必备部件。它主要由弹性元件和阻尼元件组成。2.5.1 2.5.1 弹簧扭转减振器参数设计弹簧扭转减振器参数设计. .极限转矩极限转矩limlim(2-22)式中:系数对轿车取2,对货车取1.5。 e max 发动机的最大输出转矩。减振器尺寸简图2.2.极限转角极限转角 limlim对应于极限转矩,从动片相对从动盘毂的极限转角lim 取312。式中:单个减振器弹簧的线刚度。 减振弹簧的数目。 0减振弹簧分布半径。. .扭转

15、角刚度扭转角刚度 减振器的扭转角刚度取决于减振弹簧的线刚度及结构尺寸。(2-23)(2-24)如将极限转矩lim 和极限转角lim 代入上式,可反求出弹簧的线刚度,依此决定弹簧的尺寸。(2-25)4.4.阻尼摩擦转矩阻尼摩擦转矩 . .预紧转矩预紧转矩(2-26)(2-27)(2-28)单级线性减振器的扭转特性. .减振弹簧的分布半径减振弹簧的分布半径0 0式中:离合器摩擦片内径。. .减振弹簧的个数减振弹簧的个数2.5.2 2.5.2 减振弹簧的材料减振弹簧的材料 减振弹簧的疲劳寿命可按106循环次数考虑，材料宜选用硅锰类、铬硅或铬钒类油淬火回火弹簧钢丝,减振弹簧须经强化抛丸和强压，减振弹簧

16、的载荷和应力计算与压盘圆柱螺旋弹簧相同,其计算的剪切应力可按经验控制在760MPa 内。2.62.6离合器操纵机构的设计离合器操纵机构的设计 离合器的操纵机构由离合器踏板、传动部件、分离拨叉、分离轴承组成。2.6.1 2.6.1 对操纵机构的要求对操纵机构的要求()踏板力要小。()踏板行程应在80150mm,最大不超过180mm。()应具有踏板自由行程调整机构。()应具有踏板行程限位器。()不因发动机的振动以及车架和驾驶室的变形而引起操纵机构的运动干涉。2.6.2 2.6.2 分离轴承分离轴承 在汽车离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适用于高转速、低轴向负荷的情况，后者则适用于低转速、高轴向负荷的情况。2.6.3 2.6.3 离合器操纵机构型式的选择离合器操纵机构型式的选择. .机械式操纵机构机械式操纵机构. .液压式操纵机构液压式操纵机构. .机械和液压操纵的助力器机械和液压操纵的助力器. .气压式操纵机构气压式操纵机构2.6.4 2.6.4 离合器操纵机构的计算离合器操纵机构的计算. .踏板行程踏板行程踏板行程由自由行程0和工作行程g两部分组成,即:(2-29)式中:0f分离轴承自