离合器的设计

1、第二章第二章 离合器设计离合器设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析第三节第三节 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计第六节第六节 离合器操纵机构离合器操纵机构第七节第七节 离合器结构元件离合器结构元件12-1 概述概述一、离合器的功用一、离合器的功用 切断和实现动力的传递切断和实现动力的传递二、分类二、分类 单盘、双盘、多盘（湿式）单盘、双盘、多盘（湿式）22-1 概述概述三、对离合器的要求三、对离合器的要求1. 可靠地传递发动机最大转矩可靠地传递发

2、动机最大转矩2. 分离要彻底分离要彻底3. 接合平顺，确保起步平稳接合平顺，确保起步平稳4. 从动部分转动惯量小从动部分转动惯量小5. 避免传动系发生扭转共振，吸振、缓冲、避免传动系发生扭转共振，吸振、缓冲、减少噪声的能力减少噪声的能力32-1 概述概述三、对离合器的要求三、对离合器的要求6. 吸热能力强，散热性能好吸热能力强，散热性能好7. 操纵轻便操纵轻便8. 摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化小摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化小9. 足够强度和良好动平衡，工作可靠，寿命长足够强度和良好动平衡，工作可靠，寿命长10. 结构简单、紧凑、质量低，制造工艺性好，结构简单、紧凑、质量低，制造工艺性好

3、，拆装、维修、调整方便，润滑结构简单拆装、维修、调整方便，润滑结构简单4四四组组成成主动部分主动部分从动部分从动部分-从动盘从动盘压紧机构压紧机构-压紧弹簧压紧弹簧操纵机构操纵机构飞轮飞轮离合器盖离合器盖压盘压盘分离叉分离叉分离轴承分离轴承传动部件传动部件离合器踏板离合器踏板基本结构基本结构-分离装置分离装置52-2 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析一、从动盘数的选择一、从动盘数的选择62-2 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析一、从动盘数的选择一、从动盘数的选择 从动部从动部分转动分转动惯量惯量散散热热性性分离分离性性结合结合平顺平顺性性轴向轴向尺寸尺寸传递传递转矩转矩结构结构

4、踏板踏板力力应用应用单单盘盘小小好好彻底彻底不够不够平顺平顺小小小小简单简单大大轿车、轿车、微轻货微轻货双双盘盘中中较较差差不够不够彻底彻底平顺平顺较长较长较大较大较复杂较复杂较小较小中重货中重货多多盘盘大大好好不彻不彻底底平顺平顺长长大大复杂复杂小小牵引、牵引、自卸自卸7二、压紧弹簧和布置型式的选择二、压紧弹簧和布置型式的选择 弹簧数目与分离杠杆、外径尺弹簧数目与分离杠杆、外径尺寸、压紧方式有关寸、压紧方式有关优点优点：结构简单、制造方便：结构简单、制造方便缺点缺点：小车、轻型车，发动机：小车、轻型车，发动机转速高，周置弹簧受离心力向外转速高，周置弹簧受离心力向外突出，压紧力降低突出，压紧力

5、降低1、周置弹簧离合器、周置弹簧离合器8二、压紧弹簧和布置型式的选择二、压紧弹簧和布置型式的选择（1）结构）结构:圆柱弹簧或圆锥弹簧，离合器中心圆柱弹簧或圆锥弹簧，离合器中心（2）特点：）特点：较大杠杆比，踏板力减小，操纵轻便；较大杠杆比，踏板力减小，操纵轻便；弹簧不直接接触压盘，不会受热退火；弹簧不直接接触压盘，不会受热退火；调整压紧力容易。调整压紧力容易。轴向尺寸大，结构复杂，轴向尺寸大，结构复杂， 重型车重型车。2、中央弹簧离合器、中央弹簧离合器9（1）结构：）结构：弹簧压力斜向，压杆弹簧压力斜向，压杆压盘压盘（2）特点：）特点：磨损、分离时，压盘压紧力不变；磨损、分离时，压盘压紧力不变

6、；工作性能稳定，踏板力减少工作性能稳定，踏板力减少35。14t以上商用车。以上商用车。3、斜置弹簧离合器、斜置弹簧离合器103、斜置弹簧离合器、斜置弹簧离合器衬片磨损后衬片磨损后弹簧伸长弹簧伸长F，cosF基本不变基本不变11离合器分离离合器分离 弹簧压缩弹簧压缩, F，cos，F基本不变基本不变3、斜置弹簧离合器、斜置弹簧离合器124、膜片弹簧离合器、膜片弹簧离合器1314优点：优点： （1）理想的非线性特性，弹簧压力在衬）理想的非线性特性，弹簧压力在衬片磨损范围内基本不变，传递扭矩不变片磨损范围内基本不变，传递扭矩不变B安装时工作点，安装时工作点，A-磨损后工作点磨损后工作点A-圆柱弹簧磨

7、损后工作点圆柱弹簧磨损后工作点4、膜片弹簧离合器、膜片弹簧离合器15（2）兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构）兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单紧凑，零件数目少，质量小简单紧凑，零件数目少，质量小（3）高速，压紧力下降极小，性能稳定）高速，压紧力下降极小，性能稳定（4）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀（5）通风散热好，寿命长）通风散热好，寿命长（6）大批生产，降低成本）大批生产，降低成本缺点：缺点：材质要求高（材质要求高（60Si2MnA），制造工艺），制造工艺复杂复杂4、膜片弹簧离合器、膜片弹簧离合器16推式、拉式膜片弹簧离合器推式、拉式膜片弹簧离合器17推式、

8、拉式膜片弹簧离合器推式、拉式膜片弹簧离合器18拉式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器支承点在大端。支承点在大端。大端支承在离合器盖，中部压紧压大端支承在离合器盖，中部压紧压盘，分离轴承外拉，分离盘，分离轴承外拉，分离19拉式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器取消中间支承零件；取消中间支承零件；中部压压盘，大直径弹簧，提高压紧力。中部压压盘，大直径弹簧，提高压紧力。离合器盖变形小，分离效率高。离合器盖变形小，分离效率高。杠杆比大，中间支承少，效率高。杠杆比大，中间支承少，效率高。大端始终与支承接触，无间隙，无冲击、大端始终与支承接触，无间隙，无冲击、噪声。噪声。20三、膜片弹簧的支承形式三、膜片弹簧

9、的支承形式推式膜片弹簧双支承环推式膜片弹簧双支承环a.台肩式铆钉台肩式铆钉-膜片簧膜片簧+盖盖+支承环支承环b.铆钉铆钉+硬化衬套硬化衬套+刚性挡环刚性挡环c.无铆钉，盖内缘舌片无铆钉，盖内缘舌片21三、膜片弹簧的支承形式三、膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧单支承环推式膜片弹簧单支承环a.环形凸台取代后环环形凸台取代后环b.铆钉前，弹性挡环代替支承环铆钉前，弹性挡环代替支承环22三、膜片弹簧的支承形式三、膜片弹簧的支承形式推式膜片弹簧无支承环推式膜片弹簧无支承环a.铆钉头部铆钉头部+环形凸台环形凸台b.铆钉前侧，弹性挡环铆钉前侧，弹性挡环+环形凸台环形凸台c.盖内缘舌片盖内缘舌片+弹性挡环弹性挡

10、环+环形凸台环形凸台23三、膜片弹簧的支承形式三、膜片弹簧的支承形式拉式膜片弹簧支承拉式膜片弹簧支承24四、压盘的驱动方式四、压盘的驱动方式凸块凸块窗口式：销钉式窗口式：销钉式键块式键块式钢带传动片式钢带传动片式252-3 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择要求：要求：Tc= Temax Tc离合器静摩擦力偶矩离合器静摩擦力偶矩离合器后备系数离合器后备系数ccTf F Z RnF压盘加于摩擦片的工作压力压盘加于摩擦片的工作压力nRc摩擦片平均摩擦半径摩擦片平均摩擦半径nZ摩擦面数目摩擦面数目26%)32(46.0/ )11(3131232233误差时当dDRCDdCCdDdDRcc270

11、FpAp0摩擦面单位压力摩擦面单位压力A一个摩擦面的面积一个摩擦面的面积)1 (12330maxCDpZfTTec28)1 (12330maxCDpZfTTec292-3 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择摩擦片使用磨损后，能传递摩擦片使用磨损后，能传递Temax。防止离合器滑磨时间过长。防止离合器滑磨时间过长。防止传动系过载。防止传动系过载。一、后备系数一、后备系数-选择考虑选择考虑30可靠传递动力、防止滑磨过大，不能过小。可靠传递动力、防止滑磨过大，不能过小。不致尺寸过大，减少传动系过载，不能过大。不致尺寸过大，减少传动系过载，不能过大。发动机后备功率大，使用条件好，小。发动机后备功

12、率大，使用条件好，小。使用条件恶劣，拖挂车，为提高起步能力，减使用条件恶劣，拖挂车，为提高起步能力，减少滑磨少滑磨 ，大。，大。一、后备系数一、后备系数-选择选择31一、后备系数一、后备系数-常用值常用值车型车型轻货车、轿车轻货车、轿车1.201.75中、重、载货车中、重、载货车1.52.25越野车、牵引车越野车、牵引车1.84.032影响：影响：决定耐磨性决定耐磨性影响工作性能、使用寿命影响工作性能、使用寿命二、单位压力二、单位压力p0选取：选取：离合器使用频繁、后备功率小，离合器使用频繁、后备功率小，p0。摩擦片外径大，为降低外缘热负荷，摩擦片外径大，为降低外缘热负荷，p0。33二、单位压

13、力二、单位压力p0材料材料 P0(N/mm2)石棉基石棉基0.180.35轿车轿车0.100.24烧结金属烧结金属 0.350.60金属陶瓷金属陶瓷 0.701.5034)1 (12330maxCDpZfTTc3DTc三、摩擦片外径三、摩擦片外径D、内径、内径d、厚度、厚度b增加增加D受限因素：受限因素：1. v6570m/s时，衬时，衬片飞离片飞离2.国标国标GB5764-86DdbTemax 下限下限上限上限1601103.240604302304.0200100035经验公式：经验公式：ATDemaxC取值取值0.530.7轿车轿车47货车货车3040（单）（单）4555（双）（双）使用

14、条件恶劣的货车、使用条件恶劣的货车、自卸车自卸车19三、摩擦片外径三、摩擦片外径D、内径、内径d、厚度、厚度b36或或maxeDTKDKD为直径系数，取值范围为直径系数，取值范围轿车轿车14.5轻、中型轻、中型货车货车单片单片16.018.5双片双片13.515.0重型货车重型货车22.524.0372-4 离合器的设计与计算离合器的设计与计算一、圆柱弹簧一、圆柱弹簧1.弹簧数目弹簧数目iD摩擦片外径摩擦片外径D i 2 0 0 6 2 0 0 2 8 0 9 1 2 2 8 0 3 5 0 1 2 1 8 3 8 0 4 8 0 1 8 3 0 382.工作应力工作应力F=Fi (N)经验值

15、：经验值：F1000N，一般，一般600700N以下以下CDp/d旋绕比，取旋绕比，取68K=(4c+2)/(4c3) 考虑剪力与弹簧曲率影响的校考虑剪力与弹簧曲率影响的校正系数正系数2388dKcFdKFDp二、圆柱弹簧二、圆柱弹簧39F(1.151.20)F，=900N/mm228dKcF二、圆柱弹簧二、圆柱弹簧2.工作应力工作应力离合器分离时离合器分离时40切变模量切变模量G=83103 N/mm2KDGdnps348二、圆柱弹簧二、圆柱弹簧3.弹簧工作圈数弹簧工作圈数ns，总圈数，总圈数ns弹簧刚度弹簧刚度K=2045 N/mm 或或fFFKf分离过程弹簧的变形量分离过程弹簧的变形量f

16、(mm)单盘单盘 1.12.6双盘双盘3.03.6 ns =ns +(1.52.0)41 H=ns d+(ns +1)+ f+f=0.51.5mmf=F/K分离状态下的最小长度分离状态下的最小长度Hmin=(ns +1)+ ns d4.计算弹簧自由状态的高度计算弹簧自由状态的高度H422-4 离合器的设计与计算离合器的设计与计算1.膜片弹簧载荷变形特性膜片弹簧载荷变形特性t压紧弹簧和分离杠杆作用，结构简化，质量压紧弹簧和分离杠杆作用，结构简化，质量减小，缩短轴向尺寸；减小，缩短轴向尺寸；t与压盘整个圆周接触，压力分布均匀，摩擦与压盘整个圆周接触，压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；片接触良

17、好，磨损均匀；t非线性特性胜过螺旋弹簧非线性特性胜过螺旋弹簧三、膜片弹簧三、膜片弹簧432111111211211)2)()()/ln()1 (6hrRrRHrRrRHrRrREhF H内截锥高度内截锥高度E弹性模量弹性模量 E=21 104 N/mm2泊松比泊松比=0.3三、膜片弹簧三、膜片弹簧2.弹簧特性计算公式弹簧特性计算公式44碟簧部分的内截锥高度碟簧部分的内截锥高度 H；膜片弹簧钢板厚度膜片弹簧钢板厚度 h ；碟簧部分大端半径碟簧部分大端半径 R；碟簧部分小端半径碟簧部分小端半径 r ；碟簧部分的圆锥底角碟簧部分的圆锥底角 ；分离指数目分离指数目 n四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片

18、弹簧主要参数的选择45 1.H/h比值比值 影响弹性特性曲线影响弹性特性曲线2H/h=1.62.2；h=24mmH/h四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择462. 比值比值Rr和和R、r的选择的选择Rr 越小，应力越高，弹簧越硬越小，应力越高，弹簧越硬1.201.35推式推式-R值值摩擦片的平均半径摩擦片的平均半径Rc拉式拉式-r值值Rc。四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择473. 圆锥底角圆锥底角=arctan H(R-r) H(R-r)915四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择484.工作点位置工作点位置B的确定的确定拐点拐点H-压平位置，

19、压平位置，1H= (1M +1N)2 A点点-接合时磨损量最大点接合时磨损量最大点C点点-分离时工作点分离时工作点凸点凸点M、凹点、凹点N、工作点、工作点B-膜片最大磨损限度膜片最大磨损限度1f-分离时最大限度分离时最大限度四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择494.工作点位置工作点位置B的确定的确定-新离合器接合新离合器接合B-M和和H之间，靠近之间，靠近H1B（0.81.0） 1H内，压紧力从内，压紧力从F1B到到F1A变化不大变化不大。四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择504.工作点位置工作点位置B的确定的确定-离合器分离离合器分离B-变到变到C C点靠

20、近点靠近N点好点好减小分离轴承的推力，减小踏板力减小分离轴承的推力，减小踏板力 5.分离指数目分离指数目n1224，一般，一般18。四、膜片弹簧主要参数的选择四、膜片弹簧主要参数的选择512-4离合器的设计与计算离合器的设计与计算五、膜片弹簧材料及制造工艺五、膜片弹簧材料及制造工艺60Si2MnA或或50CrVA钢板材料钢板材料强压、喷丸、局部高频淬火或镀铬处理强压、喷丸、局部高频淬火或镀铬处理522-5 扭转减振器设计扭转减振器设计降低曲轴与传动系结合部分的扭转刚度，降低曲轴与传动系结合部分的扭转刚度，调谐传动系扭转振动固有频率调谐传动系扭转振动固有频率增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应增

21、加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应幅度，衰减因冲击而产生的瞬态扭振幅度，衰减因冲击而产生的瞬态扭振控制怠速时的扭振，消减变速器怠速噪声，控制怠速时的扭振，消减变速器怠速噪声，消减主减速器与变速器之间的扭振与噪声消减主减速器与变速器之间的扭振与噪声缓和扭转冲击载荷，改善结合的平顺性缓和扭转冲击载荷，改善结合的平顺性一、组成及作用一、组成及作用组成组成：弹性元件、阻尼元件：弹性元件、阻尼元件作用：作用：53max)0 . 25 . 1 (ejTT 二、主要设计参数二、主要设计参数1.极限转矩极限转矩Tj限位销起作用时限位销起作用时2.扭转刚度扭转刚度k 取决于减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸取决于

22、减振弹簧的线刚度及其结构布置尺寸543.阻尼摩擦转矩阻尼摩擦转矩4.预紧转矩预紧转矩5.减振弹簧的位置半径减振弹簧的位置半径6.减振弹簧个数减振弹簧个数7.减振弹簧总压力减振弹簧总压力8.极限转角极限转角二、主要设计参数二、主要设计参数552-6 离合器的操纵机构离合器的操纵机构一、要求一、要求1.操纵轻便操纵轻便2.踏板行程调节装置踏板行程调节装置3.应具有踏板行程限位器（限位螺钉）应具有踏板行程限位器（限位螺钉）4.操纵机构与车架、发动机无运动干涉操纵机构与车架、发动机无运动干涉5.具有足够刚度，效率高具有足够刚度，效率高车车型型力力（N）行行程程（mm）轿轿车车 8015080150货货

23、车车 150200 18056 1.机械式：机械式：普通杆系：简单可靠、质量大，布置困难普通杆系：简单可靠、质量大，布置困难绳索式：轻便，寿命短，效率低绳索式：轻便，寿命短，效率低2.液压式液压式高效、轻便、易布置、便于吊挂踏板、接高效、轻便、易布置、便于吊挂踏板、接合柔和合柔和二、结构形式的选择二、结构形式的选择57三、计算三、计算2111222212021)(dbadbaccSZSSSSf踏板行程踏板行程踏板力踏板力sfFiFF582-7 离合器的结构元件离合器的结构元件一、从动盘总成一、从动盘总成1、摩擦片、摩擦片(1)(1)要求：要求：t摩擦系数稳定，工作温度、滑磨速度、单位压力的变摩

24、擦系数稳定，工作温度、滑磨速度、单位压力的变化对其影响较小；化对其影响较小；t有足够的机械强度和耐磨性；有足够的机械强度和耐磨性；t热稳定性好热稳定性好t磨合性能好磨合性能好t材料密度小材料密度小t有利于接合平顺有利于接合平顺t长期停放，离合器摩擦面之间不发生长期停放，离合器摩擦面之间不发生“粘着粘着”现象现象59t石棉基摩擦材料：石棉基摩擦材料：f=0.30.45 缺点：受温度影响大，缺点：受温度影响大，T，f 优点：价格低，密度小优点：价格低，密度小t烧结金属、金属陶瓷：烧结金属、金属陶瓷： 优点：高温耐磨，传热好，摩擦系数大，优点：高温耐磨，传热好，摩擦系数大，允许大单位压力允许大单位压

25、力 缺点：价格高，密度大，接合不柔和缺点：价格高，密度大，接合不柔和(2)材料：材料：60t铆接法：铆钉头应沉于衬片内，连接可靠，铆接法：铆钉头应沉于衬片内，连接可靠，更换方便，但铆钉孔占据工作面积，有效更换方便，但铆钉孔占据工作面积，有效利用厚度小利用厚度小t粘结法：增大实际摩擦面积，摩擦片厚度粘结法：增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，有较高的抗离心力和切向力的利用率高，有较高的抗离心力和切向力的能力，但更换困难，难以安装波形片，无能力，但更换困难，难以安装波形片，无轴向弹性，可靠性低。轴向弹性，可靠性低。(3) 摩擦片和从动钢片连接摩擦片和从动钢片连接61一、从动盘总成一、从动盘总成2.花键毂：花键毂：一般采用齿侧对中的矩形花键，花一般采用齿侧对中的矩形花键，花键轴与孔采用动配合键轴与孔采用动配合3.从动片：从动片：要求