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1、第 二 章離 合 器 設(shè) 計(jì) 第二章 離合器設(shè)計(jì) 本章主要學(xué)習(xí)：（1）汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求；（2）各種形式汽車離合器的特點(diǎn)及應(yīng)用；（3）離合器基本參數(shù)的選擇及優(yōu)化； （4）膜片彈簧主要參數(shù)的選擇及優(yōu)化； （5）扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)； （6）離合器的操縱。 第二章 離合器設(shè)計(jì)v 第 一 節(jié) 概 述v 第 二 節(jié) 離 合 器 的 結(jié) 構(gòu) 方 案 分 析v 第 三 節(jié) 離 合 器 主 要 參 數(shù) 的 選 擇v 第 四 節(jié) 離 合 器 的 設(shè) 計(jì) 與 計(jì) 算v 第 五 節(jié) 扭 轉(zhuǎn) 減 振 器 的 設(shè) 計(jì)v 第 六 節(jié) 離 合 器 的 操 縱 機(jī) 構(gòu)v 第 七 節(jié) 離 合 器 結(jié) 構(gòu) 元 件 摩擦離合器

2、主要組成?第一節(jié) 概述 離合器工作原理離合器主要作用? 汽車離合器設(shè)計(jì)的基本要求? 1）能傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。 2）接合時(shí)平順柔和。 3）分離時(shí)要迅速、徹底。 4）減輕換擋時(shí)變速器齒輪間沖擊。 5）散熱好，保證離合器的使用壽命。 6）避免傳動(dòng)系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，吸振、緩沖。 7）操縱輕便、準(zhǔn)確。 8）作用在從動(dòng)盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)使用過程變化要盡可能小，保證有穩(wěn)定的工作性能。 9）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡。 10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。 第二節(jié) 離合器的結(jié)構(gòu)方案分析 按其從動(dòng)盤的數(shù)目單片雙片多片根據(jù)壓緊彈簧布置形式圓周布置中央布置斜向布置膜片彈簧根據(jù)使用

3、的壓緊彈簧形式 圓柱螺旋彈簧 圓錐螺旋彈簧 膜片彈簧離合器根據(jù)分離時(shí)所受作用力的方向拉式推式 1從動(dòng)盤數(shù)的選擇 單片離合器（圖2-1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。 圖2-1 單片離合器 雙片離合器傳遞轉(zhuǎn)矩大，徑向尺寸小，踏板力小，接合平順。但中間壓盤通風(fēng)散熱不良，分離不夠徹底。圖2-2 雙片離合器 多片離合器主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。 2壓緊彈簧和布置形式的選擇 (1)周置彈簧離合器 (2)中央彈簧離合器 (3)斜置彈簧

4、離合器（1）襯片磨損后，彈簧伸長(zhǎng)，則F，但后，cos，使得F基本不變（2）離合器分離時(shí)，彈簧被壓縮，則F，但后，cos，使得F基本不變。 近年來，膜片彈簧離合器不僅在轎車上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車以及客車上也被廣泛采用。 (4)膜片彈簧離合器 推式和拉式膜片彈簧離合器 3膜片彈簧支承形式 圖2-5 推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式 圖2-6 推式膜片彈簧單支承環(huán)形式 圖2-7 推式膜片彈簧無支承環(huán)形式 圖2-8 拉式膜片彈簧支承形式 第三節(jié) 離合器主要參數(shù)的選擇 離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為v （2-1）假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有 v （2-2）摩擦片的平均摩擦半徑Rc根據(jù)壓力

5、均勻的假設(shè)，可表示為 v （2-3）當(dāng)d/D0.6時(shí)，Rc可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計(jì)算v （2-4）將式（2-2）與式（2-3）代入式（2-1）得 式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.530.70之間。 為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)Tc應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即v Tc=Temax （2-6）式中，Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。 為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，必須大于1。cc fFZRT 4 )( 2200 dDAF )(3 22 33 dD dDRc 4 dDRc )1(12 330 cDfZTc v （

6、2-5）2（ 離合器基本參數(shù)的選擇 基本參數(shù)主要有性能參數(shù)和0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度b等。1后備系數(shù) 離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。車型輕貨車、轎車1.201.75中、重、載貨車1.52.25越野車、牽引車1.84.0 2單位壓力p0 材料 P0(N/mm2)石棉基模壓0.150.25石棉基編織0.250.35燒結(jié)金屬 0.350.60 金屬陶瓷 0.701.50不同材料摩擦片單位壓力0的取值范圍 3摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度 在離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料選定、其他參數(shù)已知或選取后，結(jié)合式（2-1）和式（2-5）即可估算出摩擦片尺寸。 （2-7）

7、 摩擦片外徑D（mm）也可根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式選用 （2-8） 式中：KD為直徑系數(shù) 3 30 max )1(12 cfZ TD e maxeD TKD 轎車14.5輕、中型貨車單片16.018.5雙片13.515.0重型貨車22.524.0 摩擦片內(nèi)徑d根據(jù)d/D在0.530.70之間來確定。D一定時(shí)，選用較小的d可增大摩擦面積，提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，但會(huì)使摩擦面上的壓力分布不均，使摩擦片內(nèi)外圓周的相對(duì)滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻，不利于散熱和扭轉(zhuǎn)減震器的安裝。所選的D應(yīng)使摩擦片最大圓周速度不超過6570m/s。摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。 4摩擦因數(shù)f、

8、摩擦面數(shù)Z和離合間隙 摩擦因數(shù)f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。各種摩擦材料的摩擦因數(shù)f的取值范圍如下表： 材料 摩擦因數(shù)f石棉基模壓0.200.25石棉基編織0.250.35鐵基粉末冶金材料0.350.50金屬陶瓷 0.4 摩擦面數(shù)為從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。 離合間隙一般為34mm 第四節(jié) 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 一、離合器基本參數(shù)的優(yōu)化 1 設(shè)計(jì)變量后備系數(shù)取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。單位壓力p0也取決于F和D及d。因此，離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量選為X=x1 x2 x3 T= F D d T 2 目標(biāo)

9、函數(shù) 離合器基本參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)是在保證離合器性能要求條件下，使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小，即目標(biāo)函數(shù)為 224min dDxf 3 約束條件1)摩擦片的外徑D(mm)的選取應(yīng)使最大圓周速度D不超過6570ms，即（ 28 ）2)摩擦片的內(nèi)外徑比c應(yīng)在0.530.70范圍內(nèi)，即0.53c0.70 3) 為保證離合器可靠傳遞轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同車型的值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.24.0，即 1.24.0 4)為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2Ro約50mm，即 d2Ro+50 5)為反映離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值

10、，即（29）smDneD /75651060 3max 0220 4 ccc TdDZ TT 3 約束條件6)為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，單位壓力p0對(duì)于不同車型，根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，最大范圍p0為0.101.50MPa，即 0.10MPap01.50MPa7) 為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即（ 210 ）W為汽車起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(W)，可根據(jù)下式計(jì)算 （ 211） 224 dDZ W 220 2221800 grae ii rmnW 二、膜片彈簧主要參數(shù)

11、的選擇 膜片彈簧的主要參數(shù)：內(nèi)截錐高度 H；h ；R；r ；n 圖-膜片彈簧的主要參數(shù) Hh一般為1.52.0，板厚h為24mm。 圖- H / h 對(duì)膜片彈簧彈性特性的影響 2. 比值Rr和R、r的選擇Rr一般為1.201.35。推式膜片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑Rc，拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc。3. 的選擇=arctan H(Rr) H(Rr)。一般在915范圍內(nèi)。4 . 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般 1B =(0.81.0) 1H，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。圖2-11 膜片彈簧的彈性特性曲線 5. 分離指數(shù)目n的選取1

12、8，24，12。6. 膜片彈簧小端內(nèi)徑r0及分離軸承作用半徑rf的選擇 r0最小值大于變速器第一軸花鍵的外徑。 r0應(yīng)大于rf7 . 切槽寬度1、2及半徑re的確定 1 =3.23.5mm， 2 =910mm， r- re 2 。8 . 壓盤加載點(diǎn)R1和支承環(huán)加載點(diǎn)r1的確定 圖212 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時(shí)的變形 a)自由狀態(tài) b)壓緊狀態(tài) C)分離狀態(tài) 三、膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì) 1. 目標(biāo)函數(shù) xfxfxf 2211 （2-12） 2. 設(shè)計(jì)變量 圖212 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時(shí)的變形 a)自由狀態(tài) b)壓緊狀態(tài) C)分離狀態(tài) X = x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x

13、7 T= H h R r R1 r1 1B T 3. 約束條件 1) 應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的彈簧工作壓緊力F1B與要求壓緊力FY相等，即 F1B=FY 2) 為了保證各工作點(diǎn)A、B、C有較合適的位置(A點(diǎn)在凸點(diǎn)M左邊，B點(diǎn)在拐點(diǎn)H附近，C點(diǎn)在凹點(diǎn)N附近，如圖2-11所示)，應(yīng)正確選擇1B相對(duì)于拐點(diǎn)1H的位置，一般1B1H=0.81.0，即 0.18.0 111 rR rRHB (2-15) 3) 保證摩擦片磨損后仍能可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力F1A 應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力F1B，即 F1AF1B 4) 為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的Hh與初始底錐角H(R-r)應(yīng)在一定范圍

14、內(nèi)，即 1.6Hh2.2 9H(R-r)15 5) 彈簧各部分有關(guān)尺寸比值應(yīng)符合一定的范圍，即1.20Rr1.35 702RA100 3.5Rr 05.0 (2-16) 6) 為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑R1(或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑r1)應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 推式：(D+d)4R1D2 拉式：(D+d)4r1D27) 根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求，R1與R、r1與r、rf與r0之差應(yīng)在一定范圍，即1R1-R7 0r1-r6 0rf-r048) 膜片彈簧的杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即推式：2.3(r1- rf)(R1- r1)4.5 拉式：

15、3.5(R 1- rf)(R1- r1)9.09) 彈簧在工作過程中B點(diǎn)的最大壓應(yīng)力rBmax應(yīng)不超過其許用值，即rBmaxrB10) 彈簧在工作過程中A點(diǎn)(或A點(diǎn))的最大拉應(yīng)力tAmax(或tAmax)應(yīng)不超過其相應(yīng)許用值，即 tAmaxtA 或tAmaxtA 11) 由主要尺寸參數(shù)H、h、R和r制造誤差引起的彈簧壓緊力的相對(duì)偏差不超過某一范圍，即B rRhH F FFFF 1 0 .05 (2-17) 12) 由離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的相對(duì)偏差也不得超過某一范圍，即 BBFF11 0 .05 (2-18) 式中，F(xiàn) 1B為離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的偏差值。 第五節(jié) 扭轉(zhuǎn)減振器

16、的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。 扭轉(zhuǎn)減振器線性和非線性特性 圖2-13 單級(jí)線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性 圖2-14 三級(jí)非線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性 減振器的主要參數(shù)減振器的扭 轉(zhuǎn) 剛 度 k和阻尼摩擦元件間的摩 擦 轉(zhuǎn) 矩 T是兩個(gè)主要參數(shù)。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極 限 轉(zhuǎn) 矩 TJ、預(yù) 緊 轉(zhuǎn) 矩 Tn和極 限 轉(zhuǎn) 角 等 J 。 20R1 極限轉(zhuǎn)矩TJTJ= (1.52.0) Temax (2-19) 圖2- 15 減振器尺寸簡(jiǎn)圖 2 扭轉(zhuǎn)剛度kT=1000KZj (2-20) k=1000KZj 20R設(shè)計(jì)時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)來初選k k13TJ (2-22) (2-

17、21) 3 阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩TT=(0.060.17) Temax (2-23)4 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn Tn=(0.050.15) Temax (2-24)5 減振彈簧的位置半徑Ro Ro=(0.600.75) d/2 (2-25) 6 減振彈簧個(gè)數(shù)Z j 7 減振彈簧總壓力F F=TJ/ Ro (2-26) 8 極限轉(zhuǎn)角 02arcsin2 Rlj (2-27) 目 前 從 動(dòng) 盤 減 振 器 在 特 性 上 存 在 如 下 局 限 性 ： 1) 通用的從動(dòng)盤減振器不能使傳動(dòng)系振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率降低到怠速轉(zhuǎn)速以下，因此不能避免怠速轉(zhuǎn)速時(shí)的共振。 2) 它在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)速10002000rmin范圍內(nèi)，

18、難以通過降低減振彈簧剛度得到更大的減振效果。j 雙質(zhì)量飛輪的減振器 圖2-16 雙質(zhì)量飛輪減振器 1一第一飛輪 2一第二飛輪 3一離合器蓋總成 4一從動(dòng)盤 5一球軸承 6一短軸 7一滾針軸承 8一曲軸凸緣 9一聯(lián)結(jié)盤 10一螺釘 11一扭轉(zhuǎn)減振器 我國配置雙質(zhì)量飛輪的部分車型 第六節(jié) 離合器的操縱機(jī)構(gòu) 1對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的要求1）踏板力要小，轎車：80150N，貨車：150200N。2）踏板行程在一定的范圍內(nèi)，轎車：80150mm，貨車：180mm。3）摩擦片磨損后，踏板行程應(yīng)能調(diào)整復(fù)原。4）有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置，防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過大而損壞。5）應(yīng)具有足夠的剛度。6）傳動(dòng)效率要高。7）發(fā)動(dòng)機(jī)

19、振動(dòng)及車架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。 2操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇常用的離合器操縱機(jī)構(gòu)主要有機(jī) 械 式、液 壓 式等。 機(jī) 械 式 3離合器操縱機(jī)構(gòu)的主要計(jì)算 2111 222212021 )( dba dbaccSZSSSS f 圖2-17 液壓式操縱機(jī)構(gòu)示意 (2-28) 踏板力Ff可按下式計(jì)算 sf FiFF 工作缸直徑d2的確定與液壓系統(tǒng)所允許的最大油壓有關(guān)。考慮到橡膠軟管及其他管接頭的密封要求，最大允許油壓一般為58Mpa。 對(duì)于機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)的上述計(jì)算，只需將d 1和d2取消即可。(2-29) 第七節(jié) 離合器結(jié)構(gòu)元件v 1.從動(dòng)盤總成v 2.離合器蓋總成：離合器蓋、壓盤、傳動(dòng)片、分離杠桿裝置、支撐環(huán)v 3.分離軸承總成 back 轎車（桑塔納2000）傳動(dòng)系統(tǒng) 摩擦片式離合器 膜片彈簧離合器