离合器设计ppt课件

1、第二章第二章离合器设计离合器设计第二章 离合器设计 本章主要学习：1汽车离合器设计的根本要求；2各种方式汽车离合器的特点及运用；3离合器根本参数的选择及优化； 4膜片弹簧主要参数的选择及优化； 5改动减振器的设计； 6离合器的支配。 第二章 离合器设计v 第一节 概述v 第二节 离合器的构造方案分析v 第三节 离合器主要参数的选择v 第四节 离合器的设计与计算v 第五节 改动减振器的设计v 第六节 离合器的支配机构v 第一节 概述离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传送。主要作用：(1)汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；(2)在换挡时将发动机与传动系分别，减少变速器

2、中换挡齿轮之间的冲击；(3)限制传动系所接受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。摩擦离合器主要组成 摩擦离合器主要由自动部分发动机飞轮、离合器盖和压盘等、从动部分从动盘、压紧机构压紧弹簧和支配机构分别叉、分别轴承、离合器踏板及传动部件等四部分组成。 主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合形状并能传送动力的根本构造。支配机构是使离合器主、从动部分分别的安装。 离合器动画演示汽车离合器设计的根本要求 1在任何行驶条件下，能可靠地传送发动机的最大转矩。 2接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3分别时要迅速、彻底。 4从动部分转动惯量小，减轻

3、换挡时变速器齿轮间的冲击。 5有良好的吸热才干和通风散热效果，保证离合器的运用 寿命。 6防止传动系产生改动共振，具有吸收振动、缓和冲击的 才干。 7支配轻便、准确。 8作用在从动盘上的压力和摩擦资料的摩擦因数在运用过 程中变化要尽能够小，保证有稳定的任务性能。 9应有足够的强度和良好的动平衡。10构造应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。 第二节 离合器的构造方案分析 汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。按其从动盘的数目单片双片多片根据压紧弹簧布置方式圆周布置中央布置斜向布置等根据运用的压紧弹簧方式圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器根据分别时所受作用力的方向拉式推式1从动盘数的选择

4、单片离合器图2-1构造简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在运用时能保证分别彻底、接合平顺。双片离合器图2-2传送转矩的才干较大，径向尺寸较小，踏板力较小，接合较为平顺。但中间压盘通风散热不良，分别也不够彻底。图2-1 单片离合器 图2-2 双片离合器 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、摩擦外表温度较低、磨损较小，运用寿命长等优点，主要运用于重型牵引车和自卸车上。 2压紧弹簧和布置方式的选择 周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，其特点是构造简单、制造容易，因此运用较为广泛。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

5、离合器传送转矩才干随之降低。 中央弹簧离合器的压紧弹簧，布置在离合器的中心。可选较大的杠杆比，有利于减小踏板力。经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。 斜置弹簧离合器的显著优点是摩擦片磨损或分分别合器时，压盘所受的压紧力几乎坚持不变。具有任务性能稳定、踏板力较小的突出优点。此构造在重型汽车上已有采用。 膜片弹簧离合器图2-3的优点：图2-3 膜片弹簧离合器 1膜片弹簧具有较理想的非线性特性；2构造简单，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；3高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；4压力分布均匀，摩擦片磨损均匀；5易于实现良好的通风散热，运用寿命长；6平衡性好；7有利于大批量消

6、费，降低制造本钱。 膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高。近年来，膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。 3膜片弹簧支承方式 图2-5 推式膜片弹簧双支承环方式 图2-6 推式膜片弹簧单支承环方式 图2-7 推式膜片弹簧无支承环方式 图2-8 拉式膜片弹簧支承方式 拉式膜片弹簧离合器图2-4具有如下特点：1构造简单，零件数目更少，质量更小；2膜片弹簧的直径较大，提高了传送转矩的才干；3离合器盖的变形量小，分别效率高；4杠杆比大，传动效率较高，踏板支配轻便。5在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。6运用寿命更长。 拉式膜片弹簧需专门的分别轴承

7、，构造较复杂，安装和装配较困难，且分别行程略比推式大些。但由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它曾经得以运用。 图2-4 拉式膜片弹簧离合器 第三节 离合器主要参数的选择 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为 2-1假设摩擦片上任务压力均匀，那么有 2-2摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表示为 2-3当d/D0.6时，Rc可相当准确地由下式计算 2-4将式2-2与式2-3代入式2-1得 式中，c为摩擦片内外径之比，c=d/D，普通在0.530.70之间。 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传送发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即 Tc=Temax 2-6式中，

8、Temax为发动机最大转矩。 为离合器的后备系数，定义为离合器所能传送的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必需大于1。ccfFZRT ccfFZRT4)(2200dDAF)(32233dDdDRc4dDRc)1(12330cDfZTcv 2-5离合器根本参数的选择 根本参数主要有性能参数和0，尺寸参数D和d及摩擦片厚度b。1后备系数 后备系数是离合器一个重要设计参数，它反映了离合器传送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送发动机最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。因此，在选择时应思索以下几点：1为可靠传送发动机最大转矩，不宜选取太小；2为减少传动系过载

9、，保证支配轻便，又不宜选取太大；3当发动机后备功率较大、运用条件较好时，可选取小些；4当运用条件恶劣，为提高起步才干、减少离合器滑磨，应选取大些；5汽车总质量越大，也应选得越大；6柴油机任务比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；7发动机缸数越多，转矩动摇越小，可选取小些；8膜片弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；9双片离合器的值应大于单片离合器。 2单位压力0 单位压力0对离合器任务性能和运用寿命有很大影响，选取时应思索离合器的任务条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、资料及其质量和后备系数等要素。 离合器运用频繁，发动机后备系数较小时， 0应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降

10、低摩擦片外缘处的热负荷， 0应取小些；后备系数较大时，可适当增大0 。 3摩擦片外径D、内径d和厚度 在离合器构造方式及摩擦片资料选定、其他参数知或选取后，结合式2-1和式2-5即可估算出摩擦片尺寸。 摩擦片外径Dmm也可根据如下阅历公式选用 2-7 式中：KD为直径系数，轿车：KD=14.5；轻、中型货车：单片KD =16.018.5，双片KD =13.515.0；重型货车： KD =22.524.0。 摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。 maxeDTKD 第四节 离合器的设计与计算 一、离合器根本参数的优化 1 设计变量后备系数取决于离合器任务压力F和离合器的主要

11、尺寸参数D和d。单位压力p0也取决于F和D及d。因此，离合器根本参数的优化设计变量选为X=x1 x2 x3 T= F D d T 2 目的函数 离合器根本参数优化设计追求的目的是在保证离合器性能要求条件下，使其构造尺寸尽能够小，即目的函数为 224mindDxf3 约束条件1)摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度D不超越6570ms，即 28 2)摩擦片的内外径比c应在0.530.70范围内，即0.53c0.70 3)为保证离合器可靠传送转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0，即1.24.0 4)为了保证改动减振器的安装，摩擦片内径d必需大于减振器弹

12、簧位置直径2Ro约50mm，即 d2Ro+50 5)为反映离合器传送转矩并维护过载的才干，单位摩擦面积传送的转矩应小于其许用值，即29smDneD/756510603max02204cccTdDZTT3 约束条件6)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力p0对于不同车型，根据所用的摩擦资料在一定范围内选取，最大范围p0为0.101.50MPa，即 0.10MPap01.50MPa7)为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片外表温度过高而发生烧伤，每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即 210 W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(W)，可根据下式计算 21

13、1 224dDZW2202221800graeiirmnW二、膜片弹簧主要参数的选择 膜片弹簧的主要参数：膜片弹簧自在形状下碟簧部分的内截锥高度 H；膜片弹簧钢板厚度 h ；自在形状下碟簧部分大端半径 R；自在形状下碟簧部分小端半径 r ；自在形状时碟簧部分的圆锥底角 ；分别指数目 n 等，见图。图-膜片弹簧的主要参数比值Hh对膜片弹簧的弹性特性影响极大。由图-可知，当Hh 时，F1= (1)有一极大值和一极小值；当Hh=2 时，F1= (1)的极小值落在横坐标上。图- H / h 对膜片弹簧弹性特性的影响2222. 比值Rr和R、r的选择 根据构造布置和压紧力的要求，Rr普通为1.201.3

14、5。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径Rc，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc。3. 的选择 膜片弹簧自在形状下圆锥底角与内截锥高度H关系亲密，=arctan H(Rr) H(Rr)。普通在915范围内。4 . 膜片弹簧任务点位置的选择 膜片弹簧的弹性特性曲线，如图2-11所。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H= (1M +1N)2。新离合器在接合形状时，膜片弹簧任务点B普通取在凸点M和拐点H之间，且接近或在H点处，普通1B =(0.81.0) 1H，以保证摩擦片在最大磨损限制范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分别时，膜片弹簧

15、任务点从B变到C，为最大限制地减小踏板力，C点应尽量接近N点。图2-11 膜片弹簧的弹性特性曲线三、膜片弹簧的优化设计 经过确定一组弹簧的根本参数，使其载荷变形特性满足离合器的运用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求。1. 目的函数关于膜片弹簧优化设计的目的函数主要有以下几种：1) 弹簧任务时的最大应力为最小。2) 从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。3) 在分别行程中，驾驶员作用在分别轴承安装上的分别支配力平均值为最小。4) 在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。5) 选3)和4)两个目的函数为双目的。 选取5)作为目的函数，经过两个目的函数分配不同权重

16、来协调它们之间的矛盾，并用转换函数将两个目的合成一个目的，构成一致的总目的函数。 xfxfxf2211式中，1和2分别为两个目的函数(x1)和(x2)的加权因子，视设计要求选定。2-122. 设计变量 经过支承和压盘加在膜片弹簧上的载荷F1集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为l(图212b)，那么有关系式211111121121112/ln16hrRrRHrRrRHrRrREhfF(2-13) 图212 膜片弹簧在不同任务形状时的变形 a)自在形状 b)压紧形状 C)分别形状 式中，E为资料的弹性模量；为资料的泊松比；H内截锥高度；h弹簧板厚；R、r为碟簧部分大、小端半径；R1、r1为压盘

17、加载点和支承环加载点半径。 从膜片弹簧载荷变形特性公式(212)可以看出，应选取H、h、R、r、R1、r1这六个尺寸参数以及在接合任务点相应于弹簧任务压紧力F1B的大端变形量1B (图211)为优化设计变量，即 X = x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 T= H h R r R1 r1 1B T (2-14) 3. 约束条件 1) 应保证所设计的弹簧任务压紧力F1B与要求压紧力FY相等，即 F1B=FY 2) 为了保证各任务点A、B、C有较适宜的位置(A点在凸点M左边，B点在拐点H附近，C点在凹点N附近，如图2-11所示)，应正确选择1B相对于拐点1H的位置，普通1B1H

18、=0.81.0，即 0 . 18 . 0111rRrRHB(2-15) 3) 保证摩擦片磨损后仍能可靠地传送转矩，摩擦片磨损后弹簧任务压紧力F1A 应大于或等于新摩擦片时的压紧力F1B，即 F1AF1B 4) 为了满足离合器运用性能的要求，弹簧的Hh与初始底锥角H(R-r)应在一定范围内，即 1.6Hh2.2 9H(R-r)15 5) 弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即1.20Rr1.35 702RA100 3.5Rr05.0 (2-16)6) 为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式膜片弹簧的压盘加载点半径R1(或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1)应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，

19、即 推式：(D+d)4R1D2 拉式：(D+d)4r1D27) 根据弹簧构造布置的要求，R1与R、r1与r、rf与r0之差应在一定范围，即1R1-R7 0r1-r6 0rf-r048) 膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即推式：2.3(r1- rf)(R1- r1)4.5 拉式：3.5(R1- rf)(R1- r1)9.09) 弹簧在任务过程中B点的最大压应力rBmax应不超越其许用值，即rBmaxrB10) 弹簧在任务过程中A点(或A点)的最大拉应力tAmax(或tAmax)应不超越其相应许用值，即 tAmaxtA 或tAmaxtA11) 由主要尺寸参数H、h、R和r制造误差引起的弹簧压紧

20、力的相对偏向不超越某一范围，即BrRhHFFFFF10 .05 (2-17) 12) 由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏向也不得超越某一范围，即 BBFF110 .05 (2-18) 式中，F1B为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏向值。 第五节 改动减振器的设计改动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改动刚度，改动系统的固有振型，尽能够避开由发动机转矩主谐量鼓励引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。 改动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改动刚度，调谐传动系扭振固有频率。2添加传动系扭振

21、阻尼，抑制改动共振呼应振幅，并衰减因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改动冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。 改动减振器线性和非线性特性 改动减振器具有线性和非线性特性两种方式。单级线性减振器的改动特性如图 2-13所示，其弹性元件普通采用圆柱螺旋弹簧，广泛运用于汽油机汽车中。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。在改动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， 此时可得到两级非线性特性， 第一级的刚

22、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器具有怠速级的两级或三级非线性改动减振器 。三级非线性减振器的改动特性如图2-14所示。 图2-13 单级线性减振器的改动特性 图2-14 三级非线性减振器的改动特性减振器的主要参数减振器的改动刚度k和阻尼摩擦元件间的摩擦转矩T是两个主要参数。其设计参数还包括极限转矩TJ、预紧转矩Tn和极限转角等J 。20R1 极限转矩TJ 极限转矩为减振器在消除限位销与从动盘毂缺口之间的间隙1(图7-3)时所能传送的最大转矩，普通可取 T J = ( 1 . 5 2 . 0 ) T e m a x (2-19) 图2- 15 减振器尺寸简图 2

23、 改动刚度kk决议于减振弹簧的线刚度及其构造布置尺寸。设减振弹簧分布在半径为Ro的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过弧度时，弹簧相应变形量为Ro。此时所需加在从动片上的转矩为T=1000KZj(2-20) 式中，K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)。根据改动刚度的定义k=T ，那么减振器改动刚度k=1000KZj 20R设计时可按阅历来初选k k13TJ (2-22) (2-21)3 阻尼摩擦转矩T 为了在发开任务转速范围内最有效地消振，必需合理选择减振器阻尼安装的阻尼摩擦转矩T 。普通可按下式初选 T=(0.060.17) Temax (2-23

24、)4 预紧转矩Tn 减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研讨阐明，Tn添加，共振频率将向减小频率的方向挪动，这是有利的。但是Tn不应大于T，否那么在反向任务时，改动减振器将提早停顿任务，故取 T n = ( 0 . 0 5 0 . 1 5 ) T e m a x (2-24)5 减振弹簧的位置半径Ro Ro的尺寸应尽能够大些，如图7-3所示，普通取 Ro=(0.600.75) d/2 (2-25) 6 减振弹簧个数Zj表61 减振弹簧个数的选取摩擦片外径Dmm 225250 250325 325350 350 Zj 46 68 810 107 减振弹簧总压力F 当限位销与从动盘毂之间的间隙1或2被

25、消除，减振弹簧传送转矩到达最大值TJ时，减振弹簧遭到的压力F为 F=TJ/ Ro (2-26) 8 极限转角 减振器从预紧转矩添加到极限转矩时，从动片相对从动盘毂的极限转角为 02arcsin2Rlj(2-27) 式中， 为减振弹簧的任务变形量。目前从动盘减振器在特性上存在如下局限性： 1) 通用的从动盘减振器不能使传动系振动系统的固有频率降低到怠速转速以下，因此不能防止怠速转速时的共振。 2) 它在发动机适用转速10002000rmin范围内，难以经过降低减振弹簧刚度得到更大的减振效果。lj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，以防止在怠

26、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，高速时遭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。 图2-16 双质量飞轮减振器 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 9一结合盘 10一螺钉 11一改动减振器第六节 离合器的支配机构 1对支配机构的要求1踏板力要小，轿车：80150N，货车