汽车离合器设计概述

1、第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二章 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二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第一节第一节 概述概述 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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第一节第一节 概述概述 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）第二章第二章 离合器设计离

2、合器设计汽车工程系第一节第一节 概述概述 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、调整方便第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 一、分类第二章第二章 离合器设计

3、离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 二、从动盘数的选择第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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章第二章 离

4、合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 三、膜片弹簧离合器特点第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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，支承方式不同第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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 。第二章第二章 离合器设计离合器设

5、计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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 单支承环第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第二节第二节 离合器的结构方案分析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 弹性传动片式第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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；R

6、c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：)(32233dDdDRc4dDRc第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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。)(4220dDFp)1 (12330cDfZpTc第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择离合器主

7、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）第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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

8、机因工作粗暴，转矩不平稳，宜取大些。 第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择 三、单位压力p0材料 p0 MPa石棉基材料 0.100.35粉末冶金材料 0.350.50金属陶瓷 0.701.50第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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。30max)1 (123cfZpTD

9、emaxeDTKD 第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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

10、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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第三节第三节 离合器主要参数的选择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

11、般为3-4mm。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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：TT321dDFxxxX第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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： 4min22dDxf第二章第二章 离合器设计离合器

12、设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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 Vd 6570m/s 2) 0.53c0.70 3) 1.2 4.0 4) 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w00224cccTTTZ DdMPapMPa50. 110. 00 wdDZWw)(4222g202ra2e2iirm1800nW1500r/min2000r/mine货车取轿车取n第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 二、膜片弹簧的弹性特性

13、 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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 二、膜片弹簧的弹性特性 2. 膜片弹簧的变形第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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 21111112112111216/lnhrRrRHrRrRHrRrREhfF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

14、二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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11112rRrrf11112FrrrRFf22fF 12fF 21fF 第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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xeyxEt) 2/(12=0的等应力线：y=(-/2)xK点为所有等应力线交点：（-e,- (-/2)e ）第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 三、膜片弹簧的强度

15、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22122hrererEtBrehp2第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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。226hnbFrrrfrBtBrBjB第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 四、

16、膜片弹簧基本参数的选择 1. H/h 和 h H/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第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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：R Rc（摩擦片平均半径）；拉式： r Rc 3.= 915第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 四、膜片弹簧基本参数的选择 4. 膜

17、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)1H 5. 分离指数目n 12n24，一般取18第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第四节第四节 离合器的设计与计算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 50CrVA 2. 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

18、与压盘接触圆处挤压处理：防止产生裂纹第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 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：线性和非线性第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 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）Temax 2. 扭转角刚

19、度k式中：K弹簧线刚度 Z j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 k 13Tj 。201000RKZkj第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 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)Temax 4. 预紧转矩Tn Tn增大，共振频率将减小，但不应大于T 。 初选 Tn = (0.050.15)Temax 5. 减振弹簧位置半径R0 R0尽可能大一些，一般R0=（0.600.75）d/2。第二章第二章 离合器

20、设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 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 / R0 8. 极限转角j L为弹簧工作变形量），通常取312 。02arcsin2RLj第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 三、双质量飞轮 1. 结构第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 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

21、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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构 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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工

22、程系第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构 二、结构形式选择第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构 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Ff211122221221dbadbaccSZSSSSofSfFiFF第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程

23、系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计离合器主要零部件的结构

24、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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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

25、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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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

26、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二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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 金属陶瓷第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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

27、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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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。第二章第二章 离合器设计离合器设计汽车工程系第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计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。第二