离合器的设计

1、2-2 2-2 离合器的设计离合器的设计 一、离合器主要参数的确定一、离合器主要参数的确定 片式摩擦离合器的主要参数有片式摩擦离合器的主要参数有摩擦转矩摩擦转矩，储备系储备系 数数，摩擦副数量摩擦副数量和和摩擦衬片的内外径摩擦衬片的内外径等。前两个参等。前两个参 数主要表征离合器的工作能力，可称为数主要表征离合器的工作能力，可称为性能参数性能参数， 后两个参数则说明离合器结构的一些特点，可称为后两个参数则说明离合器结构的一些特点，可称为 结构参数结构参数。这两个参数之间具有内在联系并相互影。这两个参数之间具有内在联系并相互影 响。响。 （一）离合器的摩擦转矩（一）离合器的摩擦转矩 离合器的摩擦

2、转矩离合器的摩擦转矩M Mm m由摩擦表面上的压紧力由摩擦表面上的压紧力P P 所产生的，摩擦转矩所产生的，摩擦转矩M Mm m与离合器所具有的摩擦副与离合器所具有的摩擦副 数量，摩擦工作面的材料特性和结构尺寸以及压数量，摩擦工作面的材料特性和结构尺寸以及压 紧力的大小有关，其关系式为：紧力的大小有关，其关系式为： MPR Zk md 0 离合器的最大摩擦转矩（离合器的最大摩擦转矩（NmNm）；）； 摩擦系数，可参考表摩擦系数，可参考表3-3-13-3-1选取；选取； 压在摩擦表面上的压紧力（压在摩擦表面上的压紧力（N N）；）； 摩擦力作用等效半径（摩擦力作用等效半径（m m）；）； 摩擦副

3、数量，摩擦副数量，Z=m+n-1Z=m+n-1，其中，其中m m为主动片的为主动片的 数量，数量，n n从动件的数量；从动件的数量； 压紧力损失系数，考虑压紧力在逐片顺次压紧力损失系数，考虑压紧力在逐片顺次 传递过程中要克服花键等联接中的滑动摩擦力而渐传递过程中要克服花键等联接中的滑动摩擦力而渐 次减小所造成的损失系数。次减小所造成的损失系数。 MPR Zk md 0 M m P Rd Z k 0 花键轴导向面与摩擦片花键轴导向面与摩擦片 内齿的摩擦系数，对干式内齿的摩擦系数，对干式 0.130.130.300.30， 湿式湿式 0.060.060.080.08。 与摩擦副数量和摩擦片工作条件

4、有关。与摩擦副数量和摩擦片工作条件有关。 z z k) 1 1 (1 2 1 0 假定压紧力假定压紧力P P是均匀分布在摩擦表面上，所以：是均匀分布在摩擦表面上，所以： 式中：式中：qq摩擦表面的单位压力（摩擦表面的单位压力（MpaMpa）；）； A A摩擦副的面积（摩擦副的面积（m m2 2）。）。 当摩擦面为环状时，每个摩擦副的面积当摩擦面为环状时，每个摩擦副的面积A A： 式中：式中：D D2 2、 、D D1 1 摩擦衬片的外径和内径（摩擦衬片的外径和内径（m m）。）。 PqA10 6 A DD () 2 2 1 2 4 对湿式离合器而言，摩擦副的面积为扣除油槽对湿式离合器而言，摩擦

5、副的面积为扣除油槽 面积面积 A A后的有效摩擦工作面面积后的有效摩擦工作面面积A A1 1。 对径向油槽对径向油槽A A为为(0.1(0.1 0.2)A 0.2)A； 对螺旋油槽对螺旋油槽A=(0.35A=(0.35 0.4)A 0.4)A；对螺旋径向油；对螺旋径向油 槽槽 A A为为(0.45(0.45 0.6)A 0.6)A，故，故 A A1 1=A-=A-A A 当摩擦面为环状时，摩擦力作用等效半径当摩擦面为环状时，摩擦力作用等效半径R Rd d可足够精可足够精 确地取为摩擦衬片外径确地取为摩擦衬片外径D D2 2和内径和内径D D1 1的平均值：的平均值： R DD d 21 4 均

6、压：均压： , )(3 2 1 2 2 3 1 3 2 DD DD Rc 2 1 D D C 施加在摩擦面上的单位压力施加在摩擦面上的单位压力， A F p 0 )1( 12 33 20max CDp fZ MM ec 离合器的离合器的M Mc c值，只有在结构设计完毕后才确定。值，只有在结构设计完毕后才确定。 （二）离合器基本参数的选择（二）离合器基本参数的选择 基本参数主要有性能参数基本参数主要有性能参数和和q q，尺寸参数，尺寸参数D D2 2和和 D D1 1及摩擦片厚度及摩擦片厚度b b。 1 1、储备系数、储备系数 储备系数储备系数是离合器一个重要设计参数，它反映是离合器一个重要设

7、计参数，它反映 了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转 矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。 maxe m M M 因此，在选择因此，在选择时应考虑以下几点：时应考虑以下几点： （1 1）为可靠传递发动机最大转矩，）为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；不宜选取太小； （2 2）为减少传动系过载，保证操纵轻便，）为减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜又不宜 选取太大；选取太大； （3 3）当发动机后备功

8、率较大、使用条件较好时，）当发动机后备功率较大、使用条件较好时， 可选取小些；可选取小些； （4 4）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合 器滑磨，器滑磨，应选取大些；应选取大些； （5 5）车辆总质量越大，）车辆总质量越大，也应选得越大；也应选得越大； （6 6）柴油机工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的）柴油机工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的 值应比汽油机大些；值应比汽油机大些； （7 7）发动机缸数越多，转矩波动越小，）发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小可选取小 些；些； （8 8）蝶形弹簧离合器选取的）蝶形弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧

9、离合值可比螺旋弹簧离合 器小些；器小些； （9 9）双片离合器的）双片离合器的值应大于单片离合器。值应大于单片离合器。 2 2、摩擦片外径、摩擦片外径D D2 2、内径、内径D D1 1和厚度和厚度 摩擦衬片的外径受飞轮尺寸和摩擦片最大圆摩擦衬片的外径受飞轮尺寸和摩擦片最大圆 周速度的限制，一般可取飞轮直径的周速度的限制，一般可取飞轮直径的0.750.80.750.8倍，倍， 也可根据发动机最大转矩按汽车用干式离合器的也可根据发动机最大转矩按汽车用干式离合器的 经验公式计算：经验公式计算： (cm) 式中：式中： 发动机最大转矩（发动机最大转矩（NmNm）；）； A A 经验系数经验系数 D

10、M A e 2 max M em ax 轿车：轿车：0.470.47；载重车：单片；载重车：单片A=0.30.4A=0.30.4， 双片双片A=0.45A=0.45 0.55 0.55，轻型车取上限，重型车取下限；，轻型车取上限，重型车取下限； 自卸车、特殊用途车：自卸车、特殊用途车：0.190.19。 摩擦片的厚度摩擦片的厚度b b主要有主要有3.2mm3.2mm、3.5mm3.5mm和和4.0mm4.0mm 三种。三种。 要求：要求： （1 1）标准化（）标准化（JB1457-74JB1457-74）。）。 （2 2）检查该尺寸是否在发动机飞轮允许尺寸范围内。）检查该尺寸是否在发动机飞轮允

11、许尺寸范围内。 （3 3）大圆周线速度）大圆周线速度vv不超过不超过6570m/s6570m/s，以免发生飞，以免发生飞 离的危险。离的危险。 60 2 v nD v eH （4 4）摩擦衬片的内径可参考现有结构的）摩擦衬片的内径可参考现有结构的c c值来确定，值来确定， c=Dc=D1 1/D/D2 2。对。对c c值选择是否恰当，关系到摩擦有效的值选择是否恰当，关系到摩擦有效的 利用以及摩擦片是否能正常可靠地工作。在摩擦表利用以及摩擦片是否能正常可靠地工作。在摩擦表 面单位压力允许的条件下采用较大的面单位压力允许的条件下采用较大的c c值，即增加内值，即增加内 径，可使摩擦表面的磨损均匀和

12、防止滑磨时由于内、径，可使摩擦表面的磨损均匀和防止滑磨时由于内、 外圆的圆周速度相差太大，温升不一致而产生的翘外圆的圆周速度相差太大，温升不一致而产生的翘 曲。通常干式离合器，曲。通常干式离合器，c c值一般在值一般在0.550.55 0.680.68之间；之间； 湿式离合器，湿式离合器，c c值一般在值一般在0.750.75 0.870.87之间。之间。 3 3、单位压力、单位压力q q 单位压力单位压力q q对离合器工作性能和使用寿命有很对离合器工作性能和使用寿命有很 大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机 后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及

13、其质量和后备后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备 系数等因素。系数等因素。 离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，离合器使用频繁，发动机后备系数较小时， q q应取小些，使离合器尺寸加大，可减少磨损，提高应取小些，使离合器尺寸加大，可减少磨损，提高 使用寿命使用寿命 ；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片 外缘处的热负荷，外缘处的热负荷，q q应取小些；后备系数较大时，可应取小些；后备系数较大时，可 适当增大适当增大q q 。 工程机械在工作时经常需要频繁地使用离合器，工程机械在工作时经常需要频繁地使用离合器， 而且它们的作业条件差，属于重载荷类型，因

14、此应而且它们的作业条件差，属于重载荷类型，因此应 选用较小的选用较小的q q值。值。 q P DD 4 2 2 1 2 () 要求要求qq，式中，式中q为摩擦材料的许用比压。为摩擦材料的许用比压。 否则，应对初选参数进行调整，直到满意为止。否则，应对初选参数进行调整，直到满意为止。 二、压紧弹簧设计二、压紧弹簧设计 压紧弹簧从结构上有圆柱螺旋弹簧和碟形弹压紧弹簧从结构上有圆柱螺旋弹簧和碟形弹 簧两种。簧两种。 （一）圆柱螺旋弹簧（一）圆柱螺旋弹簧 周置式采用圆柱螺旋弹簧，初选弹簧数目周置式采用圆柱螺旋弹簧，初选弹簧数目n n 一般为一般为6 6，9 9，1212，1515等；等； 中央式可采用

15、圆柱螺旋弹簧亦可采用碟形弹中央式可采用圆柱螺旋弹簧亦可采用碟形弹 簧。簧。 圆柱螺旋压紧弹簧计算用简图参考图圆柱螺旋压紧弹簧计算用简图参考图2-12-1。必须。必须 指出：适合作主离合器压紧弹簧的弹簧刚度一般在指出：适合作主离合器压紧弹簧的弹簧刚度一般在 20 20 45 N/mm 45 N/mm，可按下式计算：，可按下式计算： iD dG h P f P K tp tm t 3 4 0 8 每个弹簧在接合时的载荷每个弹簧在接合时的载荷P 0 n p P 0 离合器接合时弹簧的变形量，它为弹簧自离合器接合时弹簧的变形量，它为弹簧自 由高度由高度 与工作高度与工作高度 之差，即之差，即 f 0

16、ll 0llf 图图2-1 2-1 圆柱螺旋压紧弹簧计算用简图圆柱螺旋压紧弹簧计算用简图 02 . 0 PP Zh P 离合器分离时因弹簧附加变形保证分离间隙所引离合器分离时因弹簧附加变形保证分离间隙所引 起的附加载荷，一般起的附加载荷，一般 h 离合器分离时弹簧附加变形量，离合器分离时弹簧附加变形量， ， Z Z是摩擦副数量，是摩擦副数量， 是主动盘与从动盘的分离是主动盘与从动盘的分离 间隙（一般单盘式为间隙（一般单盘式为0.75 0.75 1.25 mm 1.25 mm，双盘式，双盘式 为为0.5 0.5 0.9 mm 0.9 mm，多盘式为，多盘式为0.2 0.2 0.4 mm) 0.4

17、 mm)； Gm Dd tpt , a m GPG82材料的扭转弹性模量材料的扭转弹性模量 弹簧的中径和钢丝的直径弹簧的中径和钢丝的直径 ii弹簧的工作圈数弹簧的工作圈数 ) 1()2(idihfl t 弹簧的自由高度弹簧的自由高度 离合器分离时弹簧的间隙，通常离合器分离时弹簧的间隙，通常 0.50.51.5mm1.5mm。 t K P ll 0 0 总之，设计的圆柱螺旋弹簧除了要满足强度要总之，设计的圆柱螺旋弹簧除了要满足强度要 求外，针对主离合器的特点，还需满足：求外，针对主离合器的特点，还需满足： （1 1）弹簧刚度）弹簧刚度 是否在适用范围？是否在适用范围？ 一般为一般为202045N

18、/mm45N/mm （2 2）弹簧工作高度）弹簧工作高度 ，是否满足用来安，是否满足用来安 置弹簧压紧机构的空间尺寸？置弹簧压紧机构的空间尺寸？ （3 3）压紧弹簧工作压力变化是否在规定范围内，）压紧弹簧工作压力变化是否在规定范围内， 即要求：即要求： 若不能满足，则需要调整初选的参数数值，若不能满足，则需要调整初选的参数数值， 直至所有的条件满足为止。直至所有的条件满足为止。 ： K Gd Di t mt tp 4 3 8 2 . 115. 1 0 0 0 max0 ll Zll P P （二）（二）碟形弹簧碟形弹簧 碟形弹簧是一种用薄弹簧钢板冲制的截锥形弹碟形弹簧是一种用薄弹簧钢板冲制的截

19、锥形弹 簧。它具有变刚度特性及弹簧变形压平后有翻转的簧。它具有变刚度特性及弹簧变形压平后有翻转的 功能，因此离合器应具有足够空间让其翻转。功能，因此离合器应具有足够空间让其翻转。 碟形弹簧的结构参数碟形弹簧的结构参数 v 蝶形弹簧自由状态下碟蝶形弹簧自由状态下碟 簧部分的内截锥高度簧部分的内截锥高度H H； v 蝶形弹簧钢板厚度蝶形弹簧钢板厚度h h ； v 自由状态下碟簧部分大自由状态下碟簧部分大 端半径端半径R R； v 自由状态下碟簧部分小自由状态下碟簧部分小 端半径端半径r r ； v 自由状态时碟簧部分的自由状态时碟簧部分的 圆锥底角圆锥底角； 碟形弹簧的载荷碟形弹簧的载荷- -变形

20、特性曲线变形特性曲线 1 1、载荷、载荷- -变形特性曲线（与变形特性曲线（与 H/hH/h0 0有关）有关） 2 0 h H 可承受大载荷可承受大载荷 （1 1） ，开口向上的抛物线，开口向上的抛物线，P f KP f Kt t 2 0 h H （2 2） ，中间有一段水平线，在水平段，中间有一段水平线，在水平段，f f p pconstconst，K Kt t0 0。 （3 3） ，这种碟形弹簧轴向尺寸小，压紧力，这种碟形弹簧轴向尺寸小，压紧力 分布均匀，由于变刚度特性只要选定合适的工作点，可分布均匀，由于变刚度特性只要选定合适的工作点，可 使压紧力不致因摩擦衬面的磨损而迅速减小，并可不增使压紧力不致因摩擦衬面的磨损而迅速减小，并可不增 加分离时所需的操纵力。适用离合器的压紧弹簧。加分离时所需的操纵力。适用离