第二章离合器设计

1、 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 1内蒙古工业大学能动学院交通运输系 第二章第二章 离合器设计离合器设计 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 2本章重点汽车离合器设计的基本要求；各种形式汽车离合器的特点及应用；离合器基本参数的选择及优化； 膜片弹簧主要参数的选择及优化； 扭转减振器的设计； 离合器的操纵。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 3第一节第一节 概述概述一、离合器组成部分一、离合器组成部分离合器压紧机构操作机构从动部分主动部分飞轮离合器盖压盘从动盘压紧弹簧分离叉分离轴承离合器踏板传动

2、部件 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 4二、离合器作用二、离合器作用 (1)汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；汽车平稳起步； (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)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；件因过载而损坏； (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。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大

3、学能动学院交通运输系 51）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。2）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。3）分离时要迅速、彻底。）分离时要迅速、彻底。4）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用）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。寿命。6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的 能力

4、。能力。7）操纵轻便、准确。）操纵轻便、准确。8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过）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，保证有稳定的工作性能。程中变化要尽可能小，保证有稳定的工作性能。9）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。10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。三、汽车离合器设计基本要求三、汽车离合器设计基本要求 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 6 汽车离合器多采用干式盘形摩擦离合器。汽车离合器多采用干式盘形摩擦离

5、合器。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按其从动盘的数目单片双片多片根据压紧弹簧布置形式圆周布置中央布置斜向布置等根据使用的压紧弹簧形式根据分离时所受作用力的方向拉式推式圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 7一、从动盘数的选择一、从动盘数的选择1.单片离合器单片离合器 单片离合器只有一个从单片离合器只有一个从动盘动盘 ，其特点特点是：结构，其特点特点是：结构简单，轴向尺寸紧凑，散热简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时部分转动惯量小，在使用时能够

6、保证分离彻底，采用轴能够保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动盘可保证接向有弹性的从动盘可保证接合平顺。合平顺。主要用于乘用车和主要用于乘用车和总质量小于总质量小于6t的商用车。的商用车。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 82.双双片离合器片离合器 双片离合器有两个从动盘，与单片离合器相比，由双片离合器有两个从动盘，与单片离合器相比，由于摩擦面数增多，因而传递转矩的能力较大，且接合更于摩擦面数增多，因而传递转矩的能力较大，且接合更加平顺、柔和，在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较加平顺、柔和，在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力也较小。但中间压盘通风散热不

7、良，分离行小，踏板力也较小。但中间压盘通风散热不良，分离行程大，不易分离彻底；轴向尺寸大，结构复杂；从动部程大，不易分离彻底；轴向尺寸大，结构复杂；从动部分转动惯量大。分转动惯量大。主要用于传递转矩较大且径向尺寸受到主要用于传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。限制的场合。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 9 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 103.多多片离合器片离合器 多片离合器有两个以上从动盘，多为湿式，接合平多片离合器有两个以上从动盘，多为湿式，接合平顺柔和，由于在油中工作，摩擦表面温度低、磨损小，顺柔和，由于在油中

8、工作，摩擦表面温度低、磨损小，使用寿命长。但是分离行程大，分离不彻底使用寿命长。但是分离行程大，分离不彻底 ，轴向尺，轴向尺寸和质量较大，从动部分转动惯量也很大寸和质量较大，从动部分转动惯量也很大 。主要用于。主要用于最大总质量大于最大总质量大于14t的商用车的行星齿轮变速器换挡机的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。构中。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 11二、压紧弹簧和布置形式的选择二、压紧弹簧和布置形式的选择1. 周置弹簧离合器周置弹簧离合器 周置弹簧离合器的压紧弹簧采用周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧并均匀并均匀布置在一个圆周上。

9、其特点是：布置在一个圆周上。其特点是： 结构简单、制造容易，曾得到广泛应用；结构简单、制造容易，曾得到广泛应用； 压紧弹簧的数目要随摩擦片直径的增大而增多，而且应压紧弹簧的数目要随摩擦片直径的增大而增多，而且应 当是分离杠杆的倍数；当是分离杠杆的倍数； 压紧弹簧直接与压盘接触，易受热回火失效；压紧弹簧直接与压盘接触，易受热回火失效； 当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用 而向外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。而向外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 122. 中

10、央弹簧离合器中央弹簧离合器 中央弹簧离合器采用中央弹簧离合器采用1-2个圆柱螺旋弹簧或用一个圆个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥螺旋弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，锥螺旋弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，压紧弹簧与从动盘的轴线重合。压紧弹簧与从动盘的轴线重合。多用于发动机最大转矩多用于发动机最大转矩大于大于400500Nm的商用车上。的商用车上。 可选较大的杠杆比，从而得到足够的压紧力，且有利于可选较大的杠杆比，从而得到足够的压紧力，且有利于 减小踏板力。减小踏板力。 压紧弹簧不与压盘接触，不会使弹簧受热回火失效；压紧弹簧不与压盘接触，不会使弹簧受热回火失效； 通过调整垫片或螺纹容易

11、实现对压紧力的调整，多用于通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整，多用于 重型汽车上。重型汽车上。 结构复杂，轴向尺寸大结构复杂，轴向尺寸大 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 13 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 143. 斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器 斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新结构形式，弹簧的轴线与离合器的轴线成一个夹结构形式，弹簧的轴线与离合器的轴线成一个夹角，即弹簧压力斜向作用于传力盘上，并通过压角，即弹簧压力斜向作用于传力盘上，并通过压杠作用在压盘上。杠作用在压盘上

12、。 斜置弹簧离合器的显著优点是摩擦片磨损或斜置弹簧离合器的显著优点是摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。 斜置弹簧离合器主要用于最大总质量大于斜置弹簧离合器主要用于最大总质量大于14t的商用车上。的商用车上。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 15内蒙古工业大学能动学院交通运输系 4. 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器 膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由

13、碟簧部分和分离指部分组成。弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 16 膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比具有如下膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比具有如下一系列优点：一系列优点：1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性；）膜片弹簧具有较理想的非线性特性；2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、 紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；3）高速旋转时，弹簧压紧力降低的程度较周置圆柱弹簧）高速旋转时，弹簧压紧力降低的程度较周置圆柱弹簧

14、 离合器明显减小，所以摩擦力矩降低很少，性能稳定离合器明显减小，所以摩擦力矩降低很少，性能稳定; 4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀， 摩擦片接触良好，磨损均匀摩擦片接触良好，磨损均匀 ；5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；6）膜片弹簧中心线与离合器中心线重合，膜片弹簧中心线与离合器中心线重合，平衡性好；平衡性好；7）有利于大批量生产，降低制造成本。）有利于大批量生产，降低制造成本。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 17B:初始接合；:摩擦片磨损 后弹簧的伸

15、 长量； :离合器分离 时弹簧的进 一步压缩量；膜片弹簧螺旋弹簧两种弹簧的特性曲线 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 18 推式膜片弹簧双支承环形式 推式膜片弹簧单支承环形式 三、膜片弹簧的支承形式三、膜片弹簧的支承形式离合器盖上的凸台压盘膜片弹簧铆钉支承环挡环衬套离合器盖内边缘舌片 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 19 推式膜片弹簧无支承环形式 拉式膜片弹簧支承环形式 离合器盖上的凸台斜头铆钉 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 20取消了中间支承零件，结构简单、紧凑，质量小；取消了中间支承

16、零件，结构简单、紧凑，质量小； 拉式拉式膜片弹簧以中部与压盘接触，在同样压盘尺寸的条膜片弹簧以中部与压盘接触，在同样压盘尺寸的条件下可采用较大直径的膜片弹簧，提高了压紧力，且不增件下可采用较大直径的膜片弹簧，提高了压紧力，且不增大踏板力；大踏板力； 离合器盖变形小，分离效率高；离合器盖变形小，分离效率高； 杠杆比大，杠杆比大，传动效率较高，传动效率较高，踏板力可减少踏板力可减少25 30； 无论在接合状态或分离状态，无论在接合状态或分离状态，拉式膜片弹簧的大端与离拉式膜片弹簧的大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板

17、自由行程，不会产生冲击噪声；而增大踏板自由行程，不会产生冲击噪声； 使用寿命长。使用寿命长。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有的优点：与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有的优点： 拉式膜片弹簧需专门的分离轴承，结构较复杂，安装和拆卸较困难，且分离行程略比推式大些。但由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它已经得以应用。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 21四、压盘的驱动方式四、压盘的驱动方式 压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一和飞轮一同带动从动盘转动，所以它应与

18、飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。地作轴向移动。 压盘的驱动方式主要有压盘的驱动方式主要有凸块凸块窗孔式窗孔式、传力销式传力销式、键块式键块式和和弹性传动片式弹性传动片式等。等。 弹性传动片式弹性传动片式是近年来广泛采用的方式，沿圆周切是近年来广泛采用的方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘用铆钉或螺栓连接，传动片的弹性允许其作器盖和压盘用铆钉或螺栓连接，传动片的弹性允许其作轴向移动。轴向移动。 第二章第二章 离合器设计离合器

19、设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 22 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 23传动片弹性传动片式驱动方式结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 24内蒙古工业大学能动学院交通运输系 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 摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的，离合器的静摩擦力矩为：擦力矩来传递发

20、动机转矩的，离合器的静摩擦力矩为：式中：f：摩擦面间的静摩擦因数，一般取0.250.30；F ：压盘施加在摩擦面上的工作压力；Rc ：摩擦片的平均摩擦半径；Z ：摩擦面数， Z等于摩擦片的2倍。ccfFZRT （2-1） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 25 设设p0为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积元摩擦面积ds上产生的单元摩擦力矩为上产生的单元摩擦力矩为 ：200ddd dTfpsfp 3322000d d23RrRrTfpfp 整个摩擦面上产生的摩擦力矩为：整个摩擦面上产生的摩擦力矩为：式

21、中：R：摩擦片外半径；r ：摩擦片内半径；摩擦面承受的单位压力为：022224FFpDdRr（2-2） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 26 对于具有对于具有Z个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为：个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为：将式（将式（2-2）带入式（）带入式（2-3）得：）得：33c2223RrTfZFRr（2-4）33c023RrTZTfp Z（2-3）022224FFpDdRr 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 27c42DdRrR33c2223RrRRr（2-5）/0.6d D当当 时，可由下式相当准确地计算时，可由

22、下式相当准确地计算比较比较 和和 得：得：ccfFZRT 33c2223RrTfZFRr 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 28)(220rRFp33c2223RrRRrccfFZRT 33c0112TfZp Dc（2-6）式中：c：摩擦片内、外半径之比，c=d/D， c=0.530.70； 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 29 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即应大于发动机最大转矩，即cemaxTT（2

23、-7）式中：Temax：发动机最大转矩； ：离合器的后备系数，定义为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， 必须大于1。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 30离合器的基本参数离合器的基本参数性能参数：性能参数：和和p0 ；尺寸参数：尺寸参数：D和和d及摩擦片厚度及摩擦片厚度b；结构参数：摩擦面数结构参数：摩擦面数Z和离合器间隙和离合器间隙t ；摩擦因数摩擦因数f。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 31一、后备系数一、后备系数 后备系数后备系数是离合器一个重要设计参数，它反映了是离合器一个重要设计参数，它反映

24、了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转矩、防止应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载并要做到操纵离合器滑磨时间过长、防止传动系过载并要做到操纵轻便。因此，在选择轻便。因此，在选择时应考虑以下因素：时应考虑以下因素：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）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，又不宜选取又不宜选取 太大；太大；3）当发动机后备功率较大、使用条件较好时，）当发动机后备功率

25、较大、使用条件较好时，可选可选 取小些；取小些；4）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑 磨，磨，应选取大些；应选取大些； 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 325）汽车总质量越大，）汽车总质量越大，也应选得越大；也应选得越大；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，选取的值应比值应比 汽油机大些；汽油机大些；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，可选取小些；可选取小些；8）膜片弹簧离合器选取的）膜片弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些

26、；值可比螺旋弹簧离合器小些；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。离合器后备系数的取值范围 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 33内蒙古工业大学能动学院交通运输系 二、单位压力二、单位压力p0 单位压力单位压力p0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、发动机后备功率较小、载质量大或离合器使用频

27、繁、发动机后备功率较小、载质量大或 经常在坏路面上行驶的汽车，经常在坏路面上行驶的汽车， p0 应取小些；应取小些； 当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负 荷，荷， p0应取小些；应取小些； 离合器后备系数较大时，可适当增大离合器后备系数较大时，可适当增大p0 。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 34 摩擦片单位压力p0的取值范围 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 35三、摩擦片外径三、摩擦片外径D、内径、内径d和厚度和厚度b1.摩擦片外径摩擦片外径D 摩擦片外径摩擦片

28、外径是离合器的重要参数之一，它对离合器是离合器的重要参数之一，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，转矩已知，其他参数已知或选取后，其他参数已知或选取后，可估算出摩擦片外径：可估算出摩擦片外径：e max330121TDfZpc（2-8） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 36内蒙古工业大学能动学院交通运输系 DemaxDKT 摩擦片外径摩擦片外径D（mm）也可根据发动机最大转矩）也可根据发动机最大转矩

29、Temax （Nm）按如下经验公式选取：）按如下经验公式选取：（2-9）KD为直径系数，取值范围如下： 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 372.摩擦片内径摩擦片内径d 当摩擦片外径当摩擦片外径D确定后，确定后，摩擦片内径摩擦片内径d 可根据可根据d / D在在0.530.70之间来确定。之间来确定。3.摩擦片厚度摩擦片厚度b 摩擦片的厚度摩擦片的厚度b主要有主要有3.2mm、3.5mm和和4.0mm三种。三种。 摩擦片尺寸应符合摩擦片尺寸应符合GB/T5761998汽车用离合器面片汽车用离合器面片，所选的所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过应使摩擦片最大圆周

30、速度不超过6570m/s，以免摩，以免摩擦片发生飞离。擦片发生飞离。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 38外径D/mm内径d/mm厚度b/mmC=d/D1-C3单片面积/cm21601103.20.6870.6761061801253.50.6940.6671322001403.50.7000.6571602251503.50.6670.7032212501553.50.6200.7623022801653.50.5890.7964023001753.50.5830.8024663251903.50.5850.80054635019540.5570.8276

31、7838020540.5400.84372940522040.5430.84090843023040.5350.8471037离合器摩擦片尺寸系列和参数离合器摩擦片尺寸系列和参数 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 39四、摩擦因数四、摩擦因数f、摩擦面数、摩擦面数Z和离合器间隙和离合器间隙t1.摩擦摩擦因数因数f 摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。温度、单位压力和滑磨速度等因素。（f 不稳定）（f 稳定）（f 稳定） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学

32、院交通运输系 402.摩擦面数摩擦面数Z 摩擦面数摩擦面数Z为离合器从动盘数的为离合器从动盘数的2倍，决定于离合器所倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。需传递转矩的大小及其结构尺寸。3.离合器间隙离合器间隙t 离合器间隙是指离合器处于正常接合状态，分离套筒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，该间隙一般为间留有的间隙，该间隙一般为3-4mm。 第二章第二章 离合器

33、设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 41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、圆柱螺旋弹簧一、圆柱螺旋弹簧 在周置弹簧离合器中，设弹簧数为在周置弹簧离合器中，设弹簧数为i，每个弹簧的工作，每个弹簧的工作压力为：压力为：FFi（2-10） 弹簧的工作应力为：弹簧的工作应力为：p3288FD KFC Kdd （2-11）：弹簧的工作应力（MPa）；Dp ：簧圈平均直径，即中径（mm）；d ：弹簧钢丝直径（mm）；C/ ：旋绕比，C/ = Dp /d，一般取68；K/ ：校正系数， K/ =（4 C/ +2）/ （4 C/ 3） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工

34、业大学能动学院交通运输系 42 离合器分离时，弹簧在工作压力的基础上又受到分离离合器分离时，弹簧在工作压力的基础上又受到分离轴承的压力，这时弹簧压力达到最大轴承的压力，这时弹簧压力达到最大Fmax，根据，根据Fmax可算可算出弹簧最大应力。出弹簧最大应力。 离合器圆柱螺旋弹簧常用的材料为离合器圆柱螺旋弹簧常用的材料为65Mn或碳素弹簧或碳素弹簧钢丝，工作应力在钢丝，工作应力在700MPa左右为宜，最大应力不宜超过左右为宜，最大应力不宜超过800900MPa。 选好旋绕比选好旋绕比C/ ，计算出校正系数，计算出校正系数K/ ，再，再选好选好工作压力工作压力F，则有：，则有： 8FC Kd 第二章

35、第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 43 弹簧的工作圈数弹簧的工作圈数ns可根据刚度条件和可根据刚度条件和d、C/确定。确定。4s3p8GdnD KG：切变模量，碳钢G =83103MPa； K：簧圈刚度，一般为2045N/mm。 弹簧刚度可按下式确定：弹簧刚度可按下式确定：fFFKmaxf ：离合器分离过程中弹簧的变形量，等于压盘行程，单片f = 1.72.6mm，双片f = 33.6mm；弹簧最大压力Fmax一般不大于（1.151.20）F弹簧总圈数一般比工作圈数多1.52圈；弹簧受最大压力Fmax时，相邻圈之间的间隙应保持在0.51.5mm。 第二章第二章 离合

36、器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 44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、膜片弹簧二、膜片弹簧 膜片弹簧是一种膜片弹簧是一种特殊的蝶形弹簧，其特殊的蝶形弹簧，其基体是蝶形弹簧，另基体是蝶形弹簧，另有一些由径向槽隔开有一些由径向槽隔开的分离指。的分离指。蝶形弹簧分离指 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 451.膜片弹簧的主要参数膜片弹簧的主要参数膜片弹簧子午断面膜片弹簧子午断面：通过膜：通过膜片弹簧构成的锥体轴线，同片弹簧构成的锥体轴线，同时通过分离指中心的断面。时通过分离指中心的断面。膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H

37、；膜片弹簧钢板厚度 h ；自由状态下碟簧部分大端半径 R；自由状态下碟簧部分小端半径 r ；自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ；分离指数目 n 。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 462.膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧的弹性特性 假设膜片弹簧在承载过程中，其假设膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性地绕此断面上的某中性子午断面刚性地绕此断面上的某中性点点O转动，通过支撑环和压盘施加在转动，通过支撑环和压盘施加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假想集中在加载点上，用想集中在加载点上，用F1表示，加载表示，加载点之间的相对轴向变形为点之间的相

38、对轴向变形为1。(a) 自由状态 (b) 压紧状态 (c) 分离状态 膜片弹簧在不同工作状态时的变形 子午断面绕中性点的转动 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 472111122111111ln26 1REhRrRrrFHHhRrRrRr 则膜片弹簧压紧力与变形之间的关系式为：则膜片弹簧压紧力与变形之间的关系式为：E：材料的弹性模量（MPa），对于钢E=2.1 105 MPa ；：材料的泊松比，对于钢 =0.3 ；H：内截锥高度（mm）；h：弹簧板厚（mm）；R、r：分别为碟簧部分大、小端半径（mm）；R1、r1：分别为压盘加载点和支承环加载点半径（mm） 。

39、 第二章第二章 离合器设计离合器设计48 设分离轴承对膜片弹簧分离指施加的载荷为设分离轴承对膜片弹簧分离指施加的载荷为F 2，对应，对应的变形量为的变形量为2，在分离与压紧两种状态下，只要膜片弹簧，在分离与压紧两种状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的小转角小转角 ，便有如下的对应关系：，便有如下的对应关系：12111fRrrrrf：膜片弹簧分离指与分离轴承接触点的半径（mm）(a) 自由状态 (b) 压紧状态 (c) 分离状态 膜片弹簧在不同工作状态时的变形 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动

40、学院交通运输系 49frrrR11121 膜片弹簧的变形可以是由膜片弹簧的变形可以是由F F1 1引起，也可以是由引起，也可以是由F F2 2引起。引起。当满足如下关系时，由两者引起的膜片弹簧变形是相同的。当满足如下关系时，由两者引起的膜片弹簧变形是相同的。11121fFRrFrr11211f11211fRrFFrrrrFFRr 第二章第二章 离合器设计离合器设计502111122111111ln26 1REhRrRrrFHHhRrRrRr 211212111f1111ln261REhRrRrrFHHhRrrrRrRr 则膜片弹簧的特性即膜片弹簧的载荷与变量之间的关则膜片弹簧的特性即膜片弹簧的

41、载荷与变量之间的关系（系（F F1 1- - 1、F F2 2- - 1）为：）为：frrrR11121通过通过 ，也可以得到，也可以得到F F1 1- - 2 、 F F2 2- - 2之间的关系式。之间的关系式。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 51膜片弹簧的弹性特性曲线 第二章第二章 离合器设计离合器设计52 设设1f是从离合器接合状态算起的膜片弹簧与压盘接触点是从离合器接合状态算起的膜片弹簧与压盘接触点的变形量，的变形量， 2f是从离合器接合状态算起的膜片弹簧分离指加是从离合器接合状态算起的膜片弹簧分离指加载点的变形量，则根据杠杆关系有：载点的变形量

42、，则根据杠杆关系有：1f2f1f11rrRr 2f不包括分离指在载荷作用下所产生的弹性体变形不包括分离指在载荷作用下所产生的弹性体变形/2f。如果考虑这种弹性体变形，分离轴承的总移动行程如果考虑这种弹性体变形，分离轴承的总移动行程2F为为：2F2f2f 第二章第二章 离合器设计离合器设计533.膜片弹簧的强度计算膜片弹簧的强度计算 子午断面上任意点(x，y)的切向应力为：t2/21xyEex：自由状态时碟簧部分的圆锥底角（rad）；：从自由状态起，碟簧子午断面的转角（rad）；e：中性点半径，（mm）；rRrRe/ln 分析表明，膜片弹簧的碟簧部分分析表明，膜片弹簧的碟簧部分B B点处的切向压

43、应力最大。点处的切向压应力最大。 第二章第二章 离合器设计离合器设计tB222/221221herEeerEerherr 54 令 ，可以求出切向压应力 达到极大值时的转角tBd/d0tBp2her2/hyB)(rexBt2/21xyEexPPf的取值为时，当fPf的取值为时，当f：离合器彻底分离时的子午断面转角。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 55 B点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力作用点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力作用下还受有弯曲应力下还受有弯曲应力 ，其表达式为：，其表达式为：22)(6hnbFrrrfrBn：分离指数目；br：一个分离

44、指的根部宽度。 由于由于弯曲拉应力弯曲拉应力rB与切向压应力与切向压应力tB相垂直，相垂直，根据最根据最大剪应力理论，大剪应力理论，B B点的当量应力点的当量应力 ：tBrBBj 在实际设计中，通常用此在实际设计中，通常用此当量应力校核膜片弹簧的当量应力校核膜片弹簧的强度，即强度，即Bj不超过许用不超过许用应力。应力。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 564.膜片弹簧基本参数的选择膜片弹簧基本参数的选择比值比值H/h和和h的选择的选择 比值H/h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。 当H/h 时，F1= (1)有一极大值和一极小值； 当H/h=2 时，F1= (1

45、)的极小值落在横坐标上。2222为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的器用膜片弹簧的H/h一般为一般为1.52.0，板厚，板厚h为为24mm。膜片弹簧的弹性特性曲线 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 57比值比值R/r和和R、r的选择的选择 根据结构布置和压紧力的要根据结构布置和压紧力的要求，求，R/r一般为一般为1.201.35。为使。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的膜片弹簧的R值应取为大于或等值应取为大于或等于摩擦片的平均半径于摩擦片的平均半径Rc

46、，拉式膜，拉式膜片弹簧的片弹簧的r值宜取为大于或等于值宜取为大于或等于Rc。对于同样的摩擦片尺寸，拉。对于同样的摩擦片尺寸，拉式的式的R值一般比推式的大。值一般比推式的大。 膜片弹簧自由状态下圆锥底角膜片弹簧自由状态下圆锥底角与内截锥高度与内截锥高度H关系关系密切，密切，=arctan H/(R-r) H/(R-r)。一般在。一般在915范范围内。围内。的选择的选择 第二章第二章 离合器设计离合器设计58膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧工作点位置的选择 拐点拐点H对应着膜片弹簧的压平对应着膜片弹簧的压平位置，而且位置，而且1H= (1M +1N)2。新离。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作合器

47、在接合状态时，膜片弹簧工作点点B一般取在凸点一般取在凸点M和拐点和拐点H之间，之间，且靠近或在且靠近或在H点处，一般点处，一般1B =(0.81.0) 1H，以保证摩擦片在最大磨损，以保证摩擦片在最大磨损限度限度范围内压紧力从范围内压紧力从F1B到到F1A变变化不大。当分离时，膜片弹簧工作化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从点从B变到变到C，为最大限度地减小踏，为最大限度地减小踏板力，板力，C点应尽量靠近点应尽量靠近N点。点。膜片弹簧的弹性特性曲线 第二章第二章 离合器设计离合器设计59膜片弹簧小端半径膜片弹簧小端半径r0及分离及分离轴承作用半径轴承作用半径rf 的确定的确定 分离指数分离指数n

48、常取为常取为18，大尺，大尺寸膜片弹簧可取寸膜片弹簧可取24，小尺寸弹，小尺寸弹簧可取簧可取12。分离指数分离指数n的选取的选取 r0由离合器的结构决定，其由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花最小值应大于变速器第一轴花键的外径。键的外径。 rf 应大于应大于r0 。 第二章第二章 离合器设计离合器设计60 1 =3.23.5mm； 2=910mm； re 的取值应满足的取值应满足r-re 2 。切槽宽度切槽宽度1 、2及半径及半径re 的确定的确定压盘加载半径压盘加载半径R1和支撑环加和支撑环加载点半径载点半径r1的确定的确定 R1和和r1的取值将影响膜片弹簧的刚度。的取值将影响膜

49、片弹簧的刚度。 r1应略大于应略大于r且尽量接近且尽量接近r； R1应略大于应略大于R且尽量接近且尽量接近R。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 61第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，改变系统的固有振型，尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。 扭转减振器具有如下功能：1）降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2）增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因

50、冲击而产生的瞬态扭振。3）控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 6210-减振器阻尼片12-减振盘 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 63 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 64 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 65减振器的主要参数减振器的主要参数 k：扭转角刚度：扭转角刚度 ； T：阻尼摩擦元件

51、间的摩擦转矩；：阻尼摩擦元件间的摩擦转矩； Tj：极限转矩；：极限转矩； Tn：预紧转矩；：预紧转矩； j：极限转角。：极限转角。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 66扭转减振器具有线性和非线性特性两种形式。单级线性减振器的扭转特性如图 所示，其弹性元件一般采用圆柱螺旋弹簧，广泛应用于汽油机汽车中。单级线性减振器的扭转特性 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 67 当发动机为柴油机时，怠速时引起变速器常啮合齿轮齿间的敲击， 从而产生怠速噪声。在扭转减振器中另设置一组刚度较小的弹簧， 使其在怠速工况下起作用，以消除变速器怠速噪声

52、， 此时可得到两级非线性特性， 第一级的刚度很小，称为怠速级，第二级的刚度较大。 目前，在柴油机汽车中广泛采用具有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器 。三级非线性减振器的扭转特性 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 68第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计1.极限转矩极限转矩Tj 减振器在消除了限位销减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间与从动盘毂缺口之间的间隙隙1 时所能传递的最大转时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的矩，即限位销起作用时的转矩。一般可取：转矩。一般可取：jemax1.5 2.0TT商用车取1.5，乘用车取2.0扭转减振器尺寸

53、简图 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 691.极限转矩极限转矩Tj试验表明：试验表明： 当当Tj= Tmax时，传动系的动载荷最小；时，传动系的动载荷最小； 当当Tj Tmax时，传动系会产生冲击载荷；时，传动系会产生冲击载荷； 当当TjTmax时，会增大传动系的角刚度，使传动系的时，会增大传动系的角刚度，使传动系的 动载荷有所增大。动载荷有所增大。Tmax：汽车后驱动轮的最大附着转矩因此，也可以按下式选取：因此，也可以按下式选取：102maxgrjiirGTTG2：满载时汽车后驱动桥的静载荷；：附着系数，取0.8；rr：车轮滚动半径；i0：主减速比；ig1

54、：变速器一挡传动比。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 70 为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度扭转角刚度k ，使共振现象不发生在发动机常用的工作转，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。速范围内。 设减振弹簧分布在半径为设减振弹簧分布在半径为Ro的圆周上，当从动片相对的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过从动盘毂转过(rad)(rad)时，弹簧相应变形量为时，弹簧相应变形量为Ro 。此时所。此时所需加在从动片上的转矩为：需加在从动片上的转矩为：2.扭转角刚度扭转角刚度k 2j01000T

55、KZ RK：为每个减振弹簧的线刚度(Nmm)；Zj ：为减振弹簧个数；Ro ：为减振弹簧位置半径(m)。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 71 根据扭转刚度的定义，根据扭转刚度的定义，k =T/=T/，则，则: :设计时，可按经验初选为：设计时，可按经验初选为：2j01000KKZ R2j01000TKZ Rj13KTk :减振器扭转角刚度（Nm/rad） 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 72emax0.06 0.17TTnemax0.05 0.15TT3. 阻尼摩擦转矩阻尼摩擦转矩T 由于减振器扭转刚度受结构及发动机最大

56、转矩的限由于减振器扭转刚度受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机转速范围内最有效的制，不可能很低，故为了在发动机转速范围内最有效的消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。一般可按下式初选为一般可按下式初选为: :4.预紧转矩预紧转矩Tn 弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，Tn增加，增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是Tn不应大于不应大于T，否则在反向工作时，扭转减振器将提前，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工

57、作，故取停止工作，故取 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 7300.6 0.752dR 5.减振弹簧的位置半径减振弹簧的位置半径R0 Ro的尺寸应尽可能的尺寸应尽可能大些，一般取大些，一般取:6. 减振弹簧个数减振弹簧个数Zj 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 74j0TFR7. 减振弹簧总压力减振弹簧总压力F 当限位销与从动盘毂之间的间隙当限位销与从动盘毂之间的间隙1或或2被消除，减振弹被消除，减振弹簧传递转矩达到最大值簧传递转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力时，减振弹簧受到的压力F为为8.极限转角极限转角j 减振器从

58、预紧转矩减振器从预紧转矩Tn增加到极限转矩增加到极限转矩Tj时，从动片相时，从动片相对从动盘毂的极限转角为：对从动盘毂的极限转角为： 02arcsin2Rljl：减振弹簧的工作变形量 j 通常取312，对汽车平顺性要求高或发动机工作不均匀时j取上限。 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 75双质量飞轮的减振器双质量飞轮的减振器双质量飞轮减振器具有以下优点1)可以降低发动机、变速器振动系统的固有频率，以避免在怠速转速时的共振。2)可以加大减振弹簧的位置半径，降低减振弹簧刚度K，并允许增大转角。3)由于双质量飞轮减振器的减振效果较好，在变速器中可采用粘度较低的齿轮油

59、而不致产生齿轮冲击噪声。由于从动盘没有减振器，可以减小从动盘的转动惯量，这也有利于换挡。但由于减振弹簧位置半径较大，高速时受到较大离心力的作用，使减振弹簧中段横向翘曲而鼓出，与弹簧座接触产生摩擦，使弹簧磨损严重，甚至引起早期损坏。 1一第一飞轮 2一第二飞轮 3一离合器盖总成 4一从动盘 5一球轴承 6一短轴 7一滚针轴承 8一曲轴凸缘 9一联结盘 10一螺钉 11一扭转减振器 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 76发动机与变速器振动系统的两种模型 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 771）踏板力要小，轿车：80150N，货车

60、：150200N。2）踏板行程在一定的范围内，轿车：80150mm，货车：180mm。3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损坏。5）应具有足够的刚度。6）传动效率要高。7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。8）工作可靠、寿命长，维修保养方便。 第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构1.对操纵机构的要求对操纵机构的要求 第二章第二章 离合器设计离合器设计内蒙古工业大学能动学院交通运输系 782.操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择 机械式操纵机构：杆系和绳索两种形式机械式操纵机构：杆系和绳索两种形式 杆系传动