离合器设计完整版

PAGE16第1章离合器国内外发展概况离合器的出现是随着变速箱的出现而出现的，1889年戴姆勒在他的汽车上首次应用了四速变速箱和摩擦离合器.但扭矩仍然由皮带传到后轮。最开始的离合器是用齿轮传动(机械式),换挡时出现冲击和噪声，在不断发展中出现了带同步环的,同时出现了液压传动的，目前机械式离合器都有了同步器，使换挡更加平稳。目前在国内外，离合器有多种形式例如：电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。超越离合器是利用牙的啮合、棘轮-棘爪的啮合或滚柱、楔块的楔紧作用单向传递运动或扭矩的。轴向气脂式离合器是一种节能降耗的新技术新产品，它广泛应用于冶金、石油、重型机械、船舶等行业中。具有体积小、传递力距大、惯量低、响应速度快等优点，一般应用于机械传动系统上，使主动轴传动力矩通过离合器传递。单向离合器俗称单向轴承，也是仅能单一方向（顺时针方向或逆时针方向）传动的机械传动基础件。当动力源驱动被动元件时只能单一方向传动，若动力源转变方向时，（如顺时针变为逆时针方向），被动元件则会自动脱离不产生任何动力传送的功能。现在国内外在先进的是双离合器双离合器也叫干湿离合器，双离合器有由两个离合器组成.其中一个离合器和变速箱的奇数档输入轴相连，1，3，5和7档；而另一个离合器则控制着偶数档位输入轴，2，4，6和倒档，整个换档过程将因此可以快速,运动并且可以平顺的进行，不会出现扭矩中断的现象.换档通过电液操控机构完成,驾驶者几乎感觉不到瞬间换档和单个离合器的断开和闭合。第2章离合器的功用及工作原理离合器的功用1、保证汽车平稳起步2、实现平顺的换档在汽车行驶过程中，为适应不断变化的行驶条件，传动系经常要更换不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其他挂档机构，使原用档位的某一齿轮副推出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前必须踩下离合器踏板，中断动力传动，便于使原档位的啮合副脱开，同时使新档位啮合副的啮合部位的速度逐步趋向同步，这样进入啮合时的冲击可以大大的减小，实现平顺的换档。3、防止传动系过载当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性连接而急剧降低转速，因而其中所有运动件将产生很大的惯性力矩（其数值可能大大超过发动机正常工作时所发出的最大扭距），对传动系造成超过其承载能力的载荷，而使机件损坏。有了离合器，便可以依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。需要离合器来限制传动系所承受的最大扭距，保证安全。离合器的工作原理离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质(液力偶合器)，或是用磁力传动(电磁离合器)来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器(简称为摩擦离合器)。

发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。摩擦离合器应能满足以下基本要求：(1)保证能传递发动机发出的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余力。(2)能作到分离时，彻底分离，接合时柔和，并具有良好的散热能力。(3)从动部分的转动惯量尽量小一些。这样，在分离离合器换档时，与变速器输入轴相连部分的转速就比较容易变化，从而减轻齿轮间冲击。(4)具有缓和转动方向冲击，衰减该方向振动的能力，且噪音小。(5)压盘压力和摩擦片的摩擦系数变化小，工作稳定。(6)操纵省力，维修保养方便。第3章设计方案的分析与确定离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证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；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；在工作中受到大的动载荷时，能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；有效地降低传动系中的振动和噪声。为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求：1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。2)接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。4)离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。5)应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。10)结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。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。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的圆柱弹簧离合器已经不太被人们所认可，因为人们对离合器的工作性能有着更高的要求，因此就产生了膜片弹簧离合器，它的性能更加的可靠，更能满足人们的要求。选择膜片弹簧压紧,有以下一系列优点:1、膜片弹簧具有较理想的非线性特性,弹簧压力在磨擦片磨损范围内基本保持不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变。2、高速旋转时,弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。3、膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小,零件数目少,质量小。4、易于实现良好的散热通风，使用寿命长。5、膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。6、膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。同时，当膜片弹簧磨损到一定程度的时候，膜片弹簧离合器的压紧力下降很小，而圆柱弹簧离合器的压紧力下降很大，严重影响了离合器的使用性能。离合器分离时，在同一工作点位置时，采用膜片弹簧离合器的踏板力要远远小于圆柱弹簧离合器的踏板力，从而增加了驾驶员的操纵轻便性。因此，采用膜片弹簧离合器。从提高离合器工作性能的另一个角度出发，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。推式膜片弹簧离合器是目前汽车离合器中比较流行的新结构。它克服了拉式膜片弹簧离合器分离轴承的结构复杂和拆装较困难的缺点。推式膜片弹簧是一种传统的膜片弹簧离合器，使其结构简单、紧凑。零件数目更少，质量更小。它是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸下可采用直径较小的膜片弹簧，从而可以减小离合器的总体尺寸。而并不增加踏板力，在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效果更高，拉式杠杆比大于推式杠杆比，传动效率更高，使用寿命长，它的分离与分离轴承套筒总成装在一起，需专门分离轴承，结构复杂。推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单，分离行程比拉式小。故选择推式膜片弹簧。第4章离合器总布置设计4.1从动盘数的选择从动盘数由计算尺寸查《汽车设计标准资料手册》取标准。磨擦片材料的选择：选择粉末冶金材料制成的。摩擦片在性能上应满足如下要求:磨擦系数比较稳定,工作温度,磨损速度,单位压力的变化对其影响要小,足够的机械强度和耐磨性,热稳定性好,磨合性能好,密度要小,有利于结合平顺,长期停放,离合器磨擦面间不发生“粘着现象”。摩擦片与从动盘片的连接用铆钉联接。从动盘具有轴向弹性,可改变离合器性能,使离合器接合柔和,减小冲击，磨擦面接触较为均匀,磨损较小，从动毂在变速器第一轴花键上易于滑动。单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，在使用时能保证分离彻底，接合平顺。多片离合器分离不彻底，轴向尺寸大，质量大，易烧坏摩擦片。故选择单片离合器。4.2压紧弹簧形式选择周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递扭矩的能力降低，另外，弹簧压到它定位面上，造成接触部位严重磨损，会出现弹簧断裂现象。中央弹簧此结构轴向尺寸大。斜置弹簧在重型汽车上使用，突出优点是工作性能十分稳定，踏板力较小。膜片弹簧弹簧压力在摩擦片允许范围内基本不变，能保持传递的转矩大致不变，另外它兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，质量小。由于它大断面环形与压盘接触，其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，提高使用寿命，平衡性好。故选择膜片弹簧。4.3压盘驱动形式选择窗孔式、销钉式、键块式它们缺点是在联接件间有间隙，在驱动中将产生冲击噪声，而且零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低离合器传动效率。传动片式此结构中压盘与飞轮对中性好，使用平衡性好，简单可靠，寿命长。故选择传动片式。4.4分离时离合器受力形式选择推式膜片弹簧是一种传统的膜片弹簧离合器，使其结构简单、紧凑。零件数目更少，质量更小。它是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸下可采用直径较小的膜片弹簧，从而可以减小离合器的总体尺寸。而并不增加踏板力，在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效果更高，拉式杠杆比大于推式杠杆比，传动效率更高，使用寿命长，它的分离与分离轴承套筒总成装在一起，需专门分离轴承，结构复杂。推式摸片弹簧结构简单，安装拆卸较简单，分离行程比拉式小。故选择推式膜片弹簧。4.5扭转减振器它能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，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，控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器的扭振与噪声，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平顺性。故要有扭转减振器。4.6分离轴承的选择根据《汽车实用技术手册》选单向拉力轴承，分离轴承与分离杠杆通过轴承外圈联接，轴承内圈通过挡圈与膜片弹簧锁止在一起,分离轴承与分离杠杆间有轴向滑动,同时也有径向滑动。4.7离合器的散热通风实验表明,磨擦片的磨损是随压盘的温度的升高而增大的,温度超过180℃～200℃时,磨擦片磨损急剧增加.正常条件下,压盘表面工作温度在180改善离合器结构措施有:在压盘上设散热筋和毂风筋,在离合器盖上开较大的通风口；在离合器外窗设有通风窗,在离合器外壳内装一导流罩,加强通风，使工作温度保持在180℃第5章主要零部件设计计算和验算5.1摩擦片的设计一、参数选择1.摩擦片数——单片2.摩擦面数——二、摩擦片设计计算摩擦片外径D与内径d——后备系数取1.2——摩擦因数取0.3——摩擦片单位压力取0.29——摩擦片内、外径之比取0.6根据国家标准取摩擦片外径180mm,摩擦片内径108mm摩擦片平均半径mm三、离合器静摩擦力矩:N·m四、后备系数：143/1021.4后备系数的取值范围：1.21.7符合要求五.约束条件:摩擦片外径D应使最大圆周速度不超过65～70m/s=65～70m/s符合要求5.2膜片弹簧的弹性特性及膜片弹簧基本参数的选择一、膜片弹簧基本参数的选择：1、比值和的选择一般为1.5～2.0,板厚为2～4mm。取mm,,则mm2、比值和R、r的选择一般为1.20～1.35。取R=92mm,,则r=743、的选择9°～15°满足要求4、分离指数目n的选择取5、膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定由离合器的结构决定,其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。应大于。取mm,mm6、切槽宽度、及半径的确定3.2～3.5mm,9～10mm,的取值应满足的要求。取mm,9mm,52mm图5.2-1膜片弹簧示意图7、压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量接近，应略小于且尽量接近取mm,mm二、约束条件1、弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围符合要求2、为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应位于摩擦片的平均半径与外半径之间。即符合要求3、根据弹簧结构布置要求,与,与,与之差应在一定范围内,即符合要求4、膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用,因此其杠杆比应在一定范围内先取,即推式:符合要求5．2-2膜片弹簧自由状态三、膜片弹簧的弹性特性的计算根据汽车设计的分析，膜片弹簧的特性与其碟形部分的弹性是相当的，在碟形弹簧的力学分析中有如下的关系式：式中：——膜片弹簧在离合器压盘支承处的载荷（N）——膜片弹簧在压盘支承处的变形量，也即压盘的行程（mm）——弹性模量对钢取MPa——材料的泊松比对60si2MnA取把膜片弹簧的有关尺寸参数代入公式中经过计算以后，可得与之间的对应数量关系。也可以画成弹性特性，曲线见下图5．2-3弹性特性曲线表5.2-4膜片弹性力与变形(mm)00.41.01.31.481.72.182.42.873.23.64.0(N)01789.53498.138113989.240823964.939703824.63520.53637.44128.7四、离合器的后备系数由膜片弹簧弹性特性曲线得出弹簧变形量知道，且一般（0.8～1.0）取,则2.64mm则由膜片弹簧的特性可得离合器压盘加于摩擦片的工作压力F=3850N由汽车设计式中——摩擦片的摩擦系数取0.25——摩擦面数目摩擦片取2——平均半径取72将各值代入，则可算出后备系数在取值范围内5.3膜片弹簧的强度验算根据摩片弹簧的强度分析理论，其最大的应力值可由下式计算其中式中——分离指数目——一个分离指的根部宽度mm——中性点的半径mm——弹簧部分子午断面的转角——弹簧部分自由状态的圆锥底角最大应力时的子午断面转角rad代入式中可求N/m2根据膜片弹簧的计算公式可求设取离合器在分离状态的为1347.5N则N/m2最大应力Mpa<[]=1500～1700MPa[]=1500～1700MPa5.4离合器从动盘毂花键的强度验算：查标准取:外径mm,内径mm,齿数花键有效长度mm发动机最大扭矩N·m花键的挤压应力NMPa<[]=11.9Mpa第6章结论设计过程：根据车型选取单片摩擦片，确定摩擦片参数，膜片弹簧参数，从动盘毂花键参数，并对选取的参数进行校核计算保证刚度强度及操纵轻快方便的要求。根据计算结果进行离合器准过配图绘制，然后对基本零件进行绘制。方案确定：选择单片膜片弹簧离合器，并采用推式离合器。靠中心部分开有18个径向切口，形成18个分离指，起弹性杠杆作用。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈，借6个铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态。此时离合器盖与飞轮安装面有一距离。当见个离合器盖用螺钉固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，钢丝支承圈压膜片弹簧使之发生弹性变形（锥角变小）。同时，在膜片弹簧被压在钢丝支承圈上，其径向截面以支承圈为支点转动（膜片弹簧呈反锥形），于是膜片弹簧外端右移，并通过分离弹簧钩拉动压盘使离合器分离