离合器设计 §2-1离合器的基本结构选择

1、第第2 2章章 离合器设计离合器设计 2-12-1离合器的基本结构选择离合器的基本结构选择 一、概述一、概述 （一）功能（一）功能 切断和实现对传动系的动力传递切断和实现对传动系的动力传递 （二）作用（二）作用 1 1、车辆起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保、车辆起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保 车辆平稳起步；车辆平稳起步； 2 2、在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中、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；换挡齿轮之间的冲击； 3 3、限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零、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；件因过载而损

2、坏； 4 4、有效地降低传动系中的振动和噪声。、有效地降低传动系中的振动和噪声。 （三）组成（三）组成 主动部分（发动机飞轮、离合器盖和压盘）主动部分（发动机飞轮、离合器盖和压盘） 从动部分（从动盘）从动部分（从动盘） 压紧机构（压紧弹簧）压紧机构（压紧弹簧） 操纵机构（分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动操纵机构（分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动 部件）部件） 主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合主、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。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。操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。 从动

3、盘本体 从动盘毂减振器盘 压盘 飞轮 摩擦片 从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将 主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。 从动盘由从动盘从动盘由从动盘 本体，摩擦片和本体，摩擦片和 从动盘毂三个基从动盘毂三个基 本部分组成。为本部分组成。为 了避免转动方向了避免转动方向 的共振，缓和传的共振，缓和传 动系受到的冲动系受到的冲 击载荷，大多数击载荷，大多数 汽车都在离合器汽车都在离合器 的从动盘上附装的从动盘上附装 有扭转减震器。有扭转减震器。 （四）离合器设计的基本要求（四）离合器设

4、计的基本要求 v在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大 转矩，且具有一定的能力储备转矩，且具有一定的能力储备 。 v接合时平顺柔和，保证车辆起步时没有抖动和冲接合时平顺柔和，保证车辆起步时没有抖动和冲 击。击。 v分离时要迅速、彻底。分离时要迅速、彻底。 v从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间 的冲击。的冲击。 v有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器 的使用寿命的使用寿命 v避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、

5、缓和 冲击的能力。冲击的能力。 v操纵轻便、准确。操纵轻便、准确。 v作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在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，保证有稳定的工作使用过程中变化要尽可能小，保证有稳定的工作 性能。性能。 v应有足够的强度和良好的动平衡。应有足够的强度和良好的动平衡。 v结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整 方便等。方便等。 二、离合器的接合过程二、离合器的接合过程 （一）工作原理（一）工作原理 摩擦式摩擦式 正压力正压力差速差速摩擦力摩擦力TcTc从动从动 主从件具有相对转速，压紧力作用下，主从

6、件主从件具有相对转速，压紧力作用下，主从件 之间产生摩擦力，对回转中心产生的力矩使主从件转之间产生摩擦力，对回转中心产生的力矩使主从件转 速发生变化，转速高的转速下降，转速低的转速上升，速发生变化，转速高的转速下降，转速低的转速上升， 当主从件转速相同时，接合完毕。当主从件转速相同时，接合完毕。 离合器摩擦力离合器摩擦力 （二）接合过程（二）接合过程 当离合器安装在当离合器安装在 发动机上，压紧弹发动机上，压紧弹 簧进一步受压缩，簧进一步受压缩， 此时踏板处于最高此时踏板处于最高 位置，飞轮、从动位置，飞轮、从动 盘、压盘三者之间盘、压盘三者之间 处于压紧状态。此处于压紧状态。此 时分离轴承与

7、分离时分离轴承与分离 杠杆之间应有个间杠杆之间应有个间 隙，保证离合器处隙，保证离合器处 于接合状态。于接合状态。 主离合器接合过程的力学模型主离合器接合过程的力学模型 M m MeM n M eH 假设：在滑磨接合过程中，离合器摩擦转矩始终都等假设：在滑磨接合过程中，离合器摩擦转矩始终都等 于最大值于最大值 ； 发动机发出的转矩发动机发出的转矩和外界阻力矩和外界阻力矩均保持常数为均保持常数为。 nnnm eeem JMM JMM e Jkg m 2 n Jkg m 2 e rads/ 2 n rads/ 2 换算到离合器主动盘上的发动机转动惯量换算到离合器主动盘上的发动机转动惯量（）；）；

8、换算到离合器从动盘上的机械转动惯量（换算到离合器从动盘上的机械转动惯量（ ）；）； 主动盘的角减速度（主动盘的角减速度（）；）； 从动盘的角加速度（从动盘的角加速度（ ）。）。 计算计算J Je e时可按下式计算：时可按下式计算： J Je e=1.2J=1.2Jf f 式中式中：J Jf f 发动机飞轮的转动惯量（发动机飞轮的转动惯量（kgmkgm2 2）。）。 计算计算J Jn n时，仅把时，仅把J Jn n看成是机械平移质量换算到离合器从动轴上看成是机械平移质量换算到离合器从动轴上 的转动惯量。根据动能相等的原理进行换算，的转动惯量。根据动能相等的原理进行换算， 而而 可得：可得： 式中

9、式中 整机质量（整机质量（kgkg）；）； 车轮动力半径或驱动链轮节圆半径（车轮动力半径或驱动链轮节圆半径（m m）；）； 传动系总传动比。传动系总传动比。 22 22 vmJ ann iii r v ok k n 2 2 i rM J d n222 2 fok ka n iii rm J M rd i 离合器在机械起步时的接合过程离合器在机械起步时的接合过程 M Mn n：由滚阻和上坡阻力引起：由滚阻和上坡阻力引起 M M ：可变，随的增大而 ：可变，随的增大而 增大，增大， ：0 0 max max， 则 则M M ： ：0 0 T Tcmaxcmax 第一阶段：第一阶段：0 0t t1

10、1， M M ： ：0 0T T M M M Mn n，车不动，车不动， n n0 0 相对转速相对转速 h h e e n n e e 第二阶段：第二阶段：t t1 1t t2 2，M M M Mn n， e e ， ， n n ， ， 相对转速：相对转速： h h e e n n 第三阶段：第三阶段：t t2 2： e e n n ， 相对转速：相对转速： h h0 0，接合后，变为静摩擦，接合后，变为静摩擦 。 （三）（三）分离过程分离过程 踩下踏板踩下踏板 分离分离 叉顶压分离轴承前叉顶压分离轴承前 移移 压向分离杠压向分离杠 杆内端杆内端 分离杠分离杠 杆内端向前外端向杆内端向前外端

11、向 后运动后运动 拉动压拉动压 盘克服压紧弹簧弹盘克服压紧弹簧弹 力向后移动力向后移动 解解 除飞轮、从动盘、除飞轮、从动盘、 压盘三者之间的压压盘三者之间的压 紧状态紧状态 中断动中断动 力传递力传递 。 三、离合器的结构选择三、离合器的结构选择 汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。 （一）分类（一）分类 1、按其从动、按其从动 盘的数目盘的数目 单片单片 双片双片 多片多片 2、根据压紧弹、根据压紧弹 簧布置形式簧布置形式 周布弹簧离合器周布弹簧离合器 中央弹簧离合器中央弹簧离合器 斜向斜向弹簧离合器弹簧离合器 3、根据使用的、根据使用的 压紧弹簧形式压紧弹簧形

12、式 圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧 圆锥螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧 蝶形弹簧离合器蝶形弹簧离合器 （二）从动盘数的选择（二）从动盘数的选择 单片离合器结构单片离合器结构 简单，尺寸紧凑，简单，尺寸紧凑， 散热良好，维修散热良好，维修 调整方便，从动调整方便，从动 部分转动惯量小，部分转动惯量小， 在使用时能保证在使用时能保证 分离彻底、接合分离彻底、接合 平顺。平顺。 MN m eH 700 双片离合器传递双片离合器传递 转矩的能力较大，转矩的能力较大， 径向尺寸较小，踏径向尺寸较小，踏 板力较小，接合较板力较小，接合较 为平顺。但中间压为平顺。但中间压 盘通风散热不良，盘通风散热不良， 分离也不够彻底。

13、分离也不够彻底。 多片离合器主要用于行星齿轮变速器换挡机构多片离合器主要用于行星齿轮变速器换挡机构 中。它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨中。它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨 损较小，使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引损较小，使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引 车和自卸车上。车和自卸车上。 （三）摩擦片工作条件的选择（三）摩擦片工作条件的选择 1 1、湿式离合器：湿式离合器：离合器的工作离合器的工作可靠性可靠性和和使用寿命使用寿命高，高， 使用寿命可达干式离合器的使用寿命可达干式离合器的5 5 6 6倍。所以湿式离合器倍。所以湿式离合器 适用于恶劣的工况适用于恶劣的工况( (

14、频繁的结合，重负荷下的起步等频繁的结合，重负荷下的起步等) ) 下使用。湿式摩擦表面的下使用。湿式摩擦表面的摩擦系数摩擦系数较小，但可大大较小，但可大大 提高许用比压，可通过增加压紧力使摩擦片尺寸减提高许用比压，可通过增加压紧力使摩擦片尺寸减 小，故在铲土运输机械上应用较多。小，故在铲土运输机械上应用较多。结构复杂结构复杂。 2 2、干式离合器：干式离合器：其结构简单，摩擦表面的摩擦系数其结构简单，摩擦表面的摩擦系数 较湿式高较湿式高3434倍，则传递相同的转矩时，干式压紧倍，则传递相同的转矩时，干式压紧 力小，操纵省力。故在工程机械上广泛被采用。力小，操纵省力。故在工程机械上广泛被采用。散散

15、 热差，磨损大。热差，磨损大。 （四）压紧机构型式的选择（四）压紧机构型式的选择 杠杆压紧机构杠杆压紧机构常开式离合器，常用于履带常开式离合器，常用于履带 式工程机械，特别是对于经常停车，起步，倒车式工程机械，特别是对于经常停车，起步，倒车 的推土机尤为适宜。的推土机尤为适宜。 弹簧压紧机构弹簧压紧机构常闭式离合器。常闭式离合器。 （五）操纵机构的选择（五）操纵机构的选择 机械式、液压式机械式、液压式 踏板踏板 拉杆拉杆 分离叉分离叉 机械式机械式 液压式操纵机构液压式操纵机构 结构原理图：结构原理图： 踏板 储液室 主缸 工作缸 分离轴承 分离杠杆 分离叉 推杆 推杆 （六）压紧弹簧和布置形

16、式的选择（六）压紧弹簧和布置形式的选择 1 1、周置弹簧离合器的压、周置弹簧离合器的压 紧弹簧采用圆柱螺旋弹紧弹簧采用圆柱螺旋弹 簧，其特点是结构简单、簧，其特点是结构简单、 制造容易，因此应用较制造容易，因此应用较 为广泛。当发动机最大为广泛。当发动机最大 转速很高时，周置弹簧转速很高时，周置弹簧 由于受离心力作用而向由于受离心力作用而向 外弯曲，使离合器传递外弯曲，使离合器传递 转矩能力随之降低。转矩能力随之降低。 2 2、中央弹簧离中央弹簧离 合器的压紧弹簧，合器的压紧弹簧， 布置在离合器的布置在离合器的 中心。可选较大中心。可选较大 的杠杆比，有利的杠杆比，有利 于减小踏板力。于减小踏

17、板力。 通过调整垫片或通过调整垫片或 螺纹容易实现对螺纹容易实现对 压紧力的调整，压紧力的调整， 多用于重型汽车多用于重型汽车 上。上。 3、斜置弹簧离合斜置弹簧离合 器的显著优点是摩器的显著优点是摩 擦片磨损或分离离擦片磨损或分离离 合器时，压盘所受合器时，压盘所受 的压紧力几乎保持的压紧力几乎保持 不变。具有工作性不变。具有工作性 能稳定、踏板力较能稳定、踏板力较 小的突出优点。此小的突出优点。此 结构在重型汽车上结构在重型汽车上 已有采用。已有采用。 4 4、碟形弹簧离合器、碟形弹簧离合器 v碟形弹簧具有较理想的非线性特性；碟形弹簧具有较理想的非线性特性； v结构简单，轴向尺寸小，零件数目结构简单，轴向尺寸小，零件数目 少，质量小；少，质量小； v高速旋转时，压紧力降低很少，性高速旋转时，压紧力降低很少，性 能较稳定；能较稳定； v压力分布均匀，摩擦片磨损均匀