汽车设计 吉林大学.ppt

第二章离合器设计,第一节概述第二节离合器的结构方案分析第三节离合器主要参数的选择第四节离合器的设计与计算第五节扭转减振器的设计第六节离合器的操纵结构第七节离合器主要零部件的结构设计,第一节概述,一、功用1、保证汽车平稳起步；2、换挡时可减少齿轮轮齿间的冲击；3、防止传动系零部件过载损坏；4、降低传动系的振动和噪声。,第一节概述,二、组成包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵结构四部分（P52图）,第一节概述,三、设计要求1.能可靠地传递发动机最大转矩2.主、从动部分分离要彻底3.接合平顺，确保起步平稳4.从动部分转动惯量小5.吸热能力强，散热性能好6.避免扭振，并具有吸振、缓冲、减少噪声的能力7.操纵轻便、准确，以减轻驾驶员疲劳8.作用到摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化要小9.应有足够强度和良好的动平衡,保证工作可靠,寿命长10.结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便,第二节离合器的结构方案分析,一、分类,第二节离合器的结构方案分析,二、从动盘数的选择,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器特点优点（1）有较理想的非线性特性，弹簧压力在衬片磨损范围内基本不变，因而传递转矩大致不变；（2）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；（3）高速旋转时压紧力下降极小，性能稳定（4）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀（5）通风散热好，使用寿命长（6）膜片弹簧中心与离合器中心重合，平衡性好缺点制造工艺复杂，成本高，对材质和精度要求高,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器特点,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器拉式和推式,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器拉式和推式主要区别膜片弹簧安装方向相反，支承方式不同,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器拉式和推式,当离合器尺寸、Temax相同时。,第二节离合器的结构方案分析,三、膜片弹簧离合器支承形式推式膜片弹簧的支承形式双支承环单支承环无支承环拉式膜片弹簧的支承形式无支承环单支承环,第二节离合器的结构方案分析,四、压盘的驱动方式凸块窗口式传力销式键块式弹性传动片式,第三节离合器主要参数的选择,一、离合器传递转矩的能力1、取决于摩擦面间的静摩擦力矩：Tc=fFZRc式中：F为工作压力；f为摩擦因数，0.250.30；Z为摩擦面数；Rc为平均摩擦半径。2、平均摩擦半径假设压力分布均匀，将分布力等效为集中力，得：当d/D0.6时，有：,第三节离合器主要参数的选择,一、离合器传递转矩的能力3、摩擦面的单位压力p0：得到静摩擦力矩4、离合器的后备系数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，=Tc/Temax。为了保证可靠地传递发动机的最大转矩，要求必须大于1。,第三节离合器主要参数的选择,二、后备系数的选择考虑以下因素，不宜选取过大。防止传动系过载紧急接合离合器，T传（23）Temax不松开离合器、紧急制动，T传=（1520）Temax保证离合器尺寸小，结构简单。减少踏板力，操纵轻便。（单位压力小）发动机缸数多，转矩平稳，可取小些。膜片弹簧离合器可以取小。（压紧力稳定）,第三节离合器主要参数的选择,二、后备系数的选择下列因素要求不宜选取过小。衬片磨损后，仍能可靠传递Temax，宜取大些。防止离合器接合时滑磨过大，导致寿命下降；使用条件恶劣，有拖挂，为提高起步能力；柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，宜取大些。,第三节离合器主要参数的选择,三、单位压力p0,材料p0MPa石棉基材料0.100.35粉末冶金材料0.350.50金属陶瓷0.701.50,第三节离合器主要参数的选择,四、摩擦片外径D、内径d和厚度b当离合器结构形式及摩擦材料选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算：摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按经验公式选用式中KD为直径系数，取值见表2-3。,第三节离合器主要参数的选择,四、摩擦片外径D、内径d和厚度b当D确定后，d可按d/D在0.530.70来确定；D不变时，若d取小时：摩擦面积增加，Tc增加；但压力分布不均匀；内外圆圆周速度差别大；减振器安装困难。D、d、b应符合国标GB/T5764-1998汽车用离合器面片。所选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。,第三节离合器主要参数的选择,五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙t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见表2-3。,第三节离合器主要参数的选择,五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙t摩擦面数为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及结构尺寸。离合器间隙是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，一般为3-4mm。,第四节离合器的设计与计算,一、离合器基本参数的优化1.设计变量=Tc/Temax=fFZRc/Temax；取决于F、D、d。p0=4F/(D2-d2)，p0取决于F、D、d。离合器基本参数的优化设计变量为：,第四节离合器的设计与计算,一、离合器基本参数的优化2.目标函数参数优化设计的目标是，在保证性能的条件下结构尺寸（D、d）尽可能小。即目标函数：,第四节离合器的设计与计算,一、离合器基本参数的优化3.约束条件1)D应保证Vd6570m/s2)0.53c0.703)1.24.04)d2R0+50，R0为减振弹簧位置半径5)单位面积传递的转矩6)7)单位摩擦面积的滑磨功w,第四节离合器的设计与计算,二、膜片弹簧的弹性特性1.碟簧子午断面坐标系膜片弹簧受载后，碟簧子午断面绕O点转动，该点切向应变与应力均为零，称之为中性点。将坐标原点取在中性点处。,第四节离合器的设计与计算,二、膜片弹簧的弹性特性2.膜片弹簧的变形,第四节离合器的设计与计算,二、膜片弹簧的弹性特性3.碟簧变形与载荷的关系,式中：H内截锥高；h板厚；R、r自由状态时大、小端半径；R1、r1压盘、支撑环加载点半径；,第四节离合器的设计与计算,二、膜片弹簧的弹性特性4.分离指变形与载荷的关系,第四节离合器的设计与计算,三、膜片弹簧的强度计算1.切向应力在碟簧子午断面中的分布,=0的等应力线：y=(-/2)xK点为所有等应力线交点：（-e,-(-/2)e）,第四节离合器的设计与计算,三、膜片弹簧的强度计算2.碟簧最大切向应力点最大压应力在B点（-(e-r),h/2）变形过程中，压应力最大值对应的夹角：最大拉应力出现在A点,第四节离合器的设计与计算,三、膜片弹簧的强度计算3.B点的当量应力在分离轴承推力作用下，B点还受弯曲作用。弯曲应力：根据最大切应力理论，B点的当量应力为：60Si2MnA材料的许用应力为15001700MPa。,第四节离合器的设计与计算,四、膜片弹簧基本参数的选择1.H/h和hH/h决定了膜片弹簧弹性特性曲线的形状。推荐H/h=1.52.0，h=24mm,第四节离合器的设计与计算,四、膜片弹簧基本参数的选择2.R/r和R、r的选择比值R/r大，则材料利用率低；弹簧刚度大；弹性特性曲线受直径误差影响大；应力越高。推荐R/r=1.201.35推式：RRc（摩擦片平均半径）；拉式：rRc3.=915,第四节离合器的设计与计算,四、膜片弹簧基本参数的选择4.膜片弹簧工作点位置的选择拐点H对应着膜片弹簧压平的位置；工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，靠近H点处。1B=(0.81.0)1H5.分离指数目n12n24，一般取18,第四节离合器的设计与计算,五、膜片弹簧材料及制造工艺1.材料：60Si2MnA或50CrVA2.工艺：强压处理：在分离方向上，使之过位移38次；塑性变形产生反向残余应力，使疲劳寿命提高5%30%。凹面或双面喷丸处理：表层产生塑性变形，形成强化层，提高疲劳寿命。分离指端部高频淬火与镀铬：可提高耐磨能力膜片弹簧与压盘接触圆处挤压处理：防止产生裂纹,第五节扭转减振器的设计,一、组成与功用1.组成弹性元件和阻尼元件（阻尼片）2.功用降低传动系扭转刚度；增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振振幅；控制怠速时的扭振和噪声；缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷。3.弹性特性：线性和非线性,第五节扭转减振器的设计,二、参数选择1.极限转矩Tj：是指减振器消除限位销与从动盘毂缺口之间间隙1时所能传递的最大转矩。Tj=（1.52.0）Temax2.扭转角刚度k式中：K弹簧线刚度Zj弹簧数R0弹簧分布半径合理的扭转角刚度可以使系统的共振现象不发生在发动机常用工作转速范围内。初选时，取k13Tj。,第五节扭转减振器的设计,二、参数选择3.阻尼摩擦转矩T合理选择T，可以有效消除扭转振动。初选T=(0.060.17)Temax4.预紧转矩TnTn增大，共振频率将减小，但不应大于T。初选Tn=(0.050.15)Temax5.减振弹簧位置半径R0R0尽可能大一些，一般R0=（0.600.75）d/2。,第五节扭转减振器的设计,二、参数选择6.减振弹簧个数Zj根据摩擦片外径选取。7.减振弹簧总压力F限位销与从动盘毂之间的间隙被消除时的弹簧受到的压力。F=Tj/R08.极限转角jL为弹簧工作变形量），通常取312。,第五节扭转减振器的设计,三、双质量飞轮1.结构,第五节扭转减振器的设计,三、双质量飞轮2.特点优点：R0提高，弹簧刚度下降，允许转角变大。降低发动机变速器振动系统固有频率，避免怠速时共振。减振效果提高。从动盘上没有减振器，从动部分转动惯量下降，对换档有利。3.缺点弹簧安装半径大，离心力大，弹簧中段易鼓出，磨损严重。,第六节离合器的操纵机构,一、对操纵机构的设计要求1.操纵轻便。踏板力要小，踏板行程要合理。2.有踏板自由行程调整机构。3.有踏板行程限位装置，防止操纵机构过载。4.有足够的刚度。5.传动效率要高。6.发动机振动，车架、驾驶室变形不会影响正常工作。7.工作可靠、寿命长，维修保养方便。,第六节离合器的操纵机构,二、结构形式选择,第六节离合器的操纵机构,三、操纵机构的设计计算1.踏板行程S式中：Z面数；S分离间隙2.踏板力Ff,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成1.组成从动盘毂摩擦片从动片扭转减振器2.应满足如下要求转动惯量小；具有轴向弹性；应装扭转减振器。,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成3.实现轴向弹性的方法1）在从动片外缘开6-12个T型槽，形成许多扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形。两侧的摩擦篇则分别铆在每相隔一个的扇形上。T型槽还可以减少由于摩擦发热而引起的从动片翘曲变形。主要用于商用车中。2）将扇形波形片的左右凸起段分别与左右侧摩擦片铆接，由于波形片比从动片薄，这种结构的轴向弹性较好，转动惯量较小，适宜于高速旋转，主要应用于乘用车和总质量小于6t的商用车上。,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成3.实现轴向弹性的方法3）利用阶梯形铆钉杆的细段将成对波形片的左片铆接在左侧摩擦片上，并交替把右片铆接在右侧摩擦片上。这种结构的弹性行程大，弹性特性比较理想，可使汽车起步极为平顺。主要应用于排量大于2.5L的乘用车上。4）将靠近飞轮的左侧摩擦片直接铆合在从动片上，只在靠近压盘侧的从动片铆接有波形片，右侧摩擦片用铆钉与波形片铆合。这种结构的转动惯量大，但强度较高，传递转矩的能力较大，适用于商用车。,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成4.从动盘毂承受载荷大，几乎承受由发动机传来的全部转矩。一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片外径和发动机最大转矩选取。从动盘毂轴向长度不宜太小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般选1.0-1.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢（35/45/45Cr），并经调质处理，表面和心部硬度26-32HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处应进行高频处理。,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成5.摩擦片性能要求摩擦因数高且稳定，工作温度、单位压力及滑磨速度变化对其影响小足够的强度和耐磨性密度小，以减小从动盘转动惯量热稳定性好磨合性能好接合平顺，不产生咬合或抖动现象长期停放不发生粘着,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成5.摩擦片材料石棉基材料粉末冶金金属陶瓷,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成5.摩擦片与从动片连接方式铆接连接可靠，更换摩擦片方便，适宜在从动片上安装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短粘接可增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高的抗离心力和切向力的能力；但更换摩擦片困难，且使从动盘难以安装波形片，无轴向弹性，可靠性低。,第七节离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成6.从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度高。材料常用中碳钢板或低碳钢板。一般厚度1.3-2.5，表面硬度35-40HRC。7.波形片和减振弹簧波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度40-46HRC，并经过表面发蓝处理。减振弹簧常采用60SI2MnA、50CrVA、65Mn等。,第七节离合器主要零部件的结构设计,二、离合器盖总成1.组成：离合器盖、压盘、传动片、分离杠杆、支撑环等2.离合器盖的设计要求：应具有足够的刚度；应与飞轮保持良好的对中；膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度；开较大的通风口。乘用车和载质量较小的商用车离合器盖一般用低碳钢板，载质量较大的商用车用铸铁件或铝合金压铸件。,第七节离合器主要零部件的结构设计,二、离合器盖总成3.压盘的设计要求较大的质量；较大的刚度，保证压紧力分布均匀；与