离合器设计(双语)

Chapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignThedistinctionbetweentransmittableandtransmittedtorquereferstotwodifferentconditions:•Clutchcompletelyengaged,withoutrelativemotionbetweenthediscs•Clutchpartiallyengagedwithrelativeangularspeedbetweenthedrivingandthedrivendiscs2.1FRICTIONCLUTCH2.1.1ClutchfunctionsThefunctionoftheclutchisasfollows:•Totransmitthetorquefromtheenginecrankshafttothegearboxinputshaft,whenthereisadifferenceofspeedbetweenthetwoparts,particularlywhenthevehicleisstallingormovingbackwards•Toconnectthetwoshaftspositively,oncetheyaresynchronized,insuchawayastotransmitalltheenginetorque2.1FRICTIONCLUTCH2.1.1Clutchfunctions•Toseparateengineandtransmission,whengearboxspeedmustbechangedorthecarstopped,withoutstoppingtheengine2.1FRICTIONCLUTCHInadditiontothesefunctions,thefollowingfunctionshavebeenaddedinrecenttimes:•Toabsorbtorquepulsescausedbytheenginepolarinertia,incaseofmisuseoftheclutch(maintorsiondamper)•Tocontrolthedrivelinetorsionalstiffness,insuchawayastoavoidvibrationandnoisewhenharmonicfrequenciesoftheenginetorquematchtransmissionvibrationmodes(secondarytorsiondamper)2.1.1ClutchfunctionsCoilClutchDiaphragmClutchThespringsoftheclutch,formerlyofthehelicaltype,arenowofthediaphragmtype,becauseoftheadvantagesthusoffered:•Reductionofpowertrainlength,atthesameleveloftorque.•Reductionofnumberofparts.•Easyreductionofweightimbalance,becauseofgeometricalsimplicity.•Simplificationoftheinternalengagementmechanism.AdvantagesofDiaphragmType•Noeffectofwearonmaximumtransmittabletorque.•Reductionofdisengagementloadontheclutchpedal.•Diaphragmspringsareinsensitivetocentrifugalforces;infact,helicalspringswithcenterlineparalleltotherotationaxisloseloadbecauseoftheirdeflection.AdvantagesofDiaphragmTypeChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignFIGURE11.1.Cut-outviewofadiaphragmspringclutch.1:Engineshaft,2:engineflywheelanddrivingplate,3:coverandinternalengagementmechanism,4:drivenplate,5:gearboxinputshaft,6:thrustbearing,7:thrustbearingguide,8:disengagementfork.2.1.2Disengagementmechanism2.1.2DisengagementmechanismFIGURE11.3.Cut-outviewofaclutchinternaldisengagementmechanism(Valeo).1:Cover,2:diaphragmspring,3:fulcrumofthespring,4:ringretainerofthespring,5:pressureplate,6:pressureplatestrap.DiaphragmSpringCharacters2.1.2DisengagementmechanismDiaphragmSpringCharactersInfact,letuscomparethediagramsshowninFig.11.5forasimplecoilspringsetandadiaphragmspring.Wearingofthefrictionliningsdecreasesthedrivenplatethicknessduringitsusefullife.Inthecaseofacoilspring,ifweassumethatthethicknessofthenewplateis8mmandthemaximumdesignwearis2mm,itcanbeseenthat,startingfromthenewclutchdesignpoint,theforceonthepressureplateisreducedbyspringdeformationofabout1kN.Afteracertainperiodofusepressurecanbesomuchreducedastocauseclutchslippageanddrivenplatewear-out.Onadiaphragmspringofequalspecifications,itispossibletomaintainthesamepressuretotheendoftheusefullifeofthelining,withoutdangerofslippage.Thereisalsoasecondadvantage;ifweassumethatthedisengagementstrokeisalsoequalto2mm,theforceonthemechanismisincreasedbyabout1kNwithcoilsprings,whileitwillbereducedbyalmostthesamevaluewiththediaphragmspring.拉式和推式弹簧离合器

pulleddiscandpusheddisc拉式和推式弹簧离合器

pulleddiscandpusheddisc主要区别——膜片弹簧安装方向相反，支承方式不同2.1.3Drivenplate2.1.3Drivenplate2.1.3DrivenplateFIGURE11.8.MagnificationofthedrivenplatehubFIGURE11.9.DoublemassclutchandflywheelFIGURE11.9.DoublemassclutchandflywheelFIGURE11.10.ThrustBearing2.1.5Designcriteria•Thedisengagementforceonthepedalshouldnotbetooexcessive.•Thefrictioncoefficientmustbeasconstantaspossible,inawiderangeofoperatingconditions.•Thewearontheworkingsurfacesmustbegradual.•Theheatproducedduringengagementmanoeuvresmustbedissipated.•Theclutchmustoperatecorrectlyandwithreasonablewear.第二章离合器设计第三节离合器主要参数的选择离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为

式中，--静摩擦力矩；

--摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0.25～0.30；

--压盘施加在摩擦面上的工作压力；

--摩擦片的平均摩擦半径；

--摩擦面数，是从动盘数的两倍。

一、摩擦面上静摩擦力矩的计算（2-1）

假设摩擦片上工作压力均匀，则有

式中，--摩擦面单位压力

--一个摩擦面的面积

--摩擦片外径

--摩擦片内径一、摩擦面上静摩擦力矩的计算（2-2）摩擦片的平均摩擦半径R，根据压力均匀的假设，可表示为

（2-3）当d／D≥0.6时，Rc可相当准确地由下式计算一、摩擦面上静摩擦力矩的计算将式(2-2)与式(2-3)代人式(2-1)得

(2-4)

式中，c为摩擦片内外径之比，c=d／D，一般在0.53～0.70之间。一、摩擦面上静摩擦力矩的计算

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Tc应大于发动机最大转矩，即

(2-5)

式中，发动机最大转矩

β离合器的后备系数

β定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，β必须大于1。一、摩擦面上静摩擦力矩的计算二、离合器的基本参数的设计

离合器的基本参数主要有:

性能参数和。尺寸参数D

和d

及摩擦片厚度b

1．后备系数β1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。

2)要防止离合器滑磨过大。

3)要能防止传动系过载

使用条件较好时，β可选取小些；货车总质量越大，β也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的β值应比汽油机大些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的β值可比螺旋弹簧离合器小些；二、离合器的基本参数的设计1．后备系数β各类汽车的取值范围通常为：轿车和微型、轻型货车β=1.20～1.75

中型和重型货车β=1.50～2.25

越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车

β=1.80～4.00二、离合器的基本参数的设计2．单位压力

离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，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，应取小些；`

后备系数较大时，可适当增大。

当摩擦片采用不同材料时，按下列范围选石棉基材料=0.10～0.35MPa

粉末冶金材料=0.35～0.60MPa

金属陶瓷材料=0.70～1.50MPa二、离合器的基本参数的设计3．摩擦片外径D、内径d和厚度b

摩擦片外径D也可根据发动机最大转矩按如下经验公式选用

式中，为直径系数，轿车：=14.5；轻、中型货车：单片=16.0～18.5

双片=13.5～15.0

重型货车：=22.5～24.0二、离合器的基本参数的设计二、离合器的基本参数的设计

在同样外径D时，内径d不宜小，会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准5764—86《汽车用离合器面片》，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过65～70m／s，以免摩擦片发生飞离。摩擦片的厚度有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。二、离合器的基本参数的设计二、离合器的基本参数的设计4.摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙Δt

摩擦因数取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素摩擦片材料主要有石棉基材料、粉末冶金和金属陶瓷等。石棉基材料摩擦因数受工作温度、单位压力和滑磨速度影响较大，而粉末冶金和金属陶瓷的摩擦因数较大且稳定。各种材料的f见下表。二、离合器的基本参数的设计二、离合器的基本参数的设计习题：某汽车采用多片式离合器。已知：摩擦工作面数Z=6，摩擦片外径D=254mm，内径d=177mm，摩擦系数f=0.2，弹簧作用在摩擦片上的轴向压紧力F=444.8N。试求该离合器在转速n＝600r/min时所能传递的功率。解：∵∴

m

则有N.m

故所求功率P为

kW

第二章离合器设计第四节膜片弹簧的设计与计算碟簧部分分离指部分

假设膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷Fl集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为λ1。(a)自由状态(b)压紧状态(c)分离状态一、膜片弹簧的载荷变形特性一、膜片弹簧的载荷变形特性

二、膜片弹簧的强度校核

由前面假设可知，子午断面在中性点O处沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零，O点以外的点均存在切向应变和切向应力。建立如图2—9所示的坐标系，则断面上任意点(x，y)的切向应力σt为

式中，α为自由状态时碟簧部分的圆锥底角；β为从自由状态起，φ碟簧子午断面的转角；e为中性点半径，。当φ一定时，一定的切向应力在坐标系中呈线性分布，当时有

二、膜片弹簧的强度校核

三、膜片弹簧主要参数的选择1．H／h一般为1.6～2.2，板厚h为2～4mm。2．R／r一般为1.20～1.35。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式R＞Rc，拉式r≥Rc。而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式大。3．α=arctanH／(R—r)≈H／(R—r)，一般在9°～15°范围内。

三、膜片弹簧主要参数的选择

三、膜片弹簧主要参数的选择4．膜片弹簧工作点位置的选择。新离合器在接合状态时，

B一般取在凸点M和拐点H

之间，且靠近或在H点处，，以保证摩擦片在最大磨损限度△入范围内压紧力从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点心尽量靠近N点。5．n的选取分离指数目n常取为18，大尺寸膜片弹簧取24，小尺寸膜片弹簧有些取12。第二章离合器设计第五节扭转减振器的设计扭转减振器的设计共振：扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某阶(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。扭转减振器具有如下功能：1)降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2)增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。3)控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。4)缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合