汽车设计 吉林大学

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一节概述一、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。第一节概述二、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）第一节概述三、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、调整方便第二节离合器的结构方案分析一、分类第二节离合器的结构方案分析二、从动盘数的选择第二节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节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——特点第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——拉式和推式第二节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，支承方式不同第二节离离合器的结构构方案分析三、膜片弹簧簧离合器———拉式和推式式①当离合器尺尺寸、Temax相同时时。第二节离离合器的结构构方案分析三、膜片弹簧簧离合器———支承形式推式膜片弹簧簧的支承形式式双支承环单支承环无支承环拉式膜片弹簧簧的支承形式式无支承环单支承环第二节离离合器的结构构方案分析四、压盘的驱驱动方式凸块—窗口式式传力销式键块式弹性传动片式式第三节离离合器主要参参数的选择一、离合器传传递转矩的能能力1、取决于摩摩擦面间的静静摩擦力矩：：Tc=f·F·Z·Rc式中：F为工工作压力；f为摩擦因数数，0.25~0.30；Z为摩擦面数数；Rc为平均摩擦半半径。2、平均摩擦擦半径假设压力分布布均匀，将分分布力等效为为集中力，得得：当d/D0.6时，有有：第三节离离合器主要参参数的选择一、离合器传传递转矩的能能力3、摩擦面的的单位压力p0：得到静摩擦力力矩4、离合器的的后备系数β离合器所能传传递的最大静静摩擦力矩与与发动机最大大转矩之比，，β=Tc/Temax。为了保证可靠靠地传递发动动机的最大转转矩，要求β必须大于1。第三节离离合器主要参参数的选择二、后备系数数的选择考虑以下因素素，β不宜选选取过大。防止传动系过过载紧急接合离合合器，T传≥（2~3））Temax不松开离合器器、紧急制动动，T传=（15~20）Temax保证离合器尺尺寸小，结构构简单。减少踏板力，，操纵轻便。。（单位压力力小）发动机缸数多多，转矩平稳稳，β可取取小些。膜片弹簧离合合器可以取小小。（压紧力力稳定）第三节离离合器主要参参数的选择二、后备系数数的选择下列因素要求求β不宜选取取过小。衬片磨损后，，仍能可靠传传递Temax，β宜取取大些。防止离合器接接合时滑磨过过大，导致寿寿命下降；使用条件恶劣劣，有拖挂，，为提高起步步能力；柴油机因工作作粗暴，转矩矩不平稳，ββ宜取大些。。第三节离离合器主要参参数的选择三、单位压力力p0材料[p0]MPa石棉基材料0.10~0.35粉末冶金材料料0.35~0.50金属陶瓷0.70~1.50第三节离离合器主要参参数的选择四、摩擦片外外径D、内径径d和厚度b当离合器结构构形式及摩擦擦材料选定，，发动机最大大转矩已知，，适当选取后后备系数和单单位压力，可可估算：摩擦片外径也也可根据发动动机最大转矩矩按经验公式式选用式中KD为直直径系数，取取值见表2-3。第三节离离合器主要参参数的选择四、摩擦片外外径D、内径径d和厚度b当D确定后，，d可按d/D在0.53~0.70来确定；；D不变时，若若d取小时：：摩擦面积增增加，Tc增加；但压力力分布不均匀匀；内外圆圆圆周速度差别别大；减振器器安装困难。。D、d、b应应符合国标GB/T5764-1998《汽车车用离合器面面片》。所选D应使摩摩擦片最大圆圆周速度不超超过65-70m/s，，以免摩擦片片发生飞离。。第三节离离合器主要参参数的选择五、摩擦因数数f、摩擦面面数Z和间隙隙Δt摩擦因数取决决于摩擦片所所用材料及其其工作温度、、单位压力和和滑磨速度等等因素摩擦片材料主主要有石棉基基材料、粉末末冶金和金属属陶瓷等。石石棉基材料摩摩擦因数受工工作温度、单单位压力和滑滑磨速度影响响较大，而粉粉末冶金和金金属陶瓷的摩摩擦因数较大大且稳定。各各种材料的f见表2-3。第三节离离合器主要参参数的选择五、摩擦因数数f、摩擦面面数Z和间隙隙Δt摩擦面数为离离合器从动盘盘数的两倍，，决定于离合合器所需传递递转矩的大小小及结构尺寸寸。离合器间隙是是指离合器处处于正常接合合状态、分离离套筒被回位位弹簧拉到后后极限位置时时，为保证摩摩擦片正常磨磨损过程中离离合器仍能完完全接合，在在分离轴承和和分离杠杆内内端之间留有有的间隙，一一般为3-4mm。第四节离离合器的设计计与计算一、离合器基基本参数的优优化1.设计变量β=Tc/Temax=fFZRc/Temax；取决于F、D、d。p0=4F/π(D2-d2)，p0取决于F、、D、d。离合器基本参参数的优化设设计变量为：：第四节离离合器的设计计与计算一、离合器基基本参数的优优化2.目标函数参数优化设计计的目标是，，在保证性能能的条件下结结构尺寸（D、d）尽可能小。。即目标函数数：第四节离离合器的设计计与计算一、离合器基基本参数的优优化3.约束条件1)D应保证Vd≤65~70m/s2)0.53≤c≤0.703)1.2≤ββ≤4.04)d>2R0+50，R0为减振弹簧位位置半径5)单位面积传递递的转矩6)7)

单位摩摩擦面积的滑滑磨功w第四节离离合器的设计计与计算二、膜片弹簧簧的弹性特性性1.碟簧子午断面面坐标系膜片弹簧受载载后，碟簧子子午断面绕O点转动，该该点切向应变变与应力均为为零，称之为为中性点。将坐标原点取取在中性点处处。第四节离离合器的设计计与计算二、膜片弹簧簧的弹性特性性2.膜片弹弹簧的变形第四节离离合器的设计计与计算二、膜片弹簧簧的弹性特性性3.碟簧变变形与载荷的的关系式中：H———内截锥高；；h——板厚厚；R、r——自自由状态时大大、小端半径径；R1、r1——压盘、支支撑环加载点点半径；第四节离离合器的设计计与计算二、膜片弹簧簧的弹性特性性4.分离指变形与与载荷的关系系第四节离离合器的设计计与计算三、膜片弹簧簧的强度计算算1.切向应力在碟碟簧子午断面面中的分布=0的等应力线：：y=(-/2)xK点为所有等等应力线交点点：（-e,-(-/2)e））第四节离离合器的设计计与计算三、膜片弹簧簧的强度计算算2.碟簧最大切向向应力点最大压应力在在B点（-(e-r),h/2））变形过程中，，压应力最大大值对应的夹夹角：最大拉应力出出现在A点第四节离离合器的设计计与计算三、膜片弹簧簧的强度计算算3.B点的当量应应力在分离轴承推推力作用下，，B点还受弯弯曲作用。弯曲应力：根据最大切应应力理论，B点的当量应应力为：60Si2MnA材料的的许用应力为为1500~1700MPa。第四节离离合器的设计计与计算四、膜片弹簧簧基本参数的的选择1.H/h和hH/h决定了了膜片弹簧弹弹性特性曲线线的形状。推荐H/h=1.5~2.0，，h=2~4mm第四节离离合器的设计计与计算四、膜片弹簧簧基本参数的的选择2.R/r和R、r的选择择比值R/r大大，则材料利利用率低；弹弹簧刚度大；；弹性特性曲曲线受直径误误差影响大；；应力越高。。推荐R/r=1.20~1.35推式：R≥Rc（摩擦片平均均半径）；拉式：r≥Rc3.α=9º~15º第四节离离合器的设计计与计算四、膜片弹簧簧基本参数的的选择4.膜片弹簧工作作点位置的选选择拐点H对应着着膜片弹簧压压平的位置；；工作点B一般般取在凸点M和拐点H之间，靠近近H点处。1B=(0.8~1.0)1H5.分离指数目n12≤n≤24，一般取取18第四节离离合器的设计计与计算五、膜片弹簧簧材料及制造造工艺1.材料：：60Si2MnA或或50CrVA2.工艺：：强压处理：在在分离方向上上，使之过位位移3~8次次；塑性变形产生反向残余应力力，使疲劳寿命提高高5%~30%。凹面或双面喷喷丸处理：表表层产生塑性性变形，形成强化层，提高疲劳寿命命。分离指端部高高频淬火与镀镀铬：可提高高耐磨能力膜片弹簧与压压盘接触圆处处挤压处理：：防止产生裂裂纹第五节扭扭转减振器的的设计一、组成与功功用1.组成弹性元件和阻阻尼元件（阻阻尼片）2.功用降低传动系扭扭转刚度；增加传动系扭扭转阻尼，抑抑制扭转共振振振幅；控制怠速时的的扭振和噪声声；缓和非稳定工工况下传动系系的扭转冲击击载荷。3.弹性特性：线线性和非线性性第五节扭扭转减振器的的设计二、参数选择择1.极限转转矩Tj：是指减振器消消除限位销与与从动盘毂缺缺口之间间隙隙Δ1时所能传递的的最大转矩。。Tj=（1.5~2.0）Temax2.扭转转角刚度kφ式中：K———弹簧线线刚度Zj——弹簧数数R0——弹簧分分布半径合理的扭转转角刚度可可以使系统统的共振现现象不发生生在发动机机常用工作作转速范围围内。初选时，取取kφ≤13Tj。第五节扭扭转减振振器的设计计二、参数选选择3.阻尼摩擦转转矩Tμ合理选择Tμ，可以有效效消除扭转转振动。初选Tμ=(0.06~0.17)Temax4.预紧紧转矩TnTn增大，共振振频率将减减小，但不不应大于Tμ。初选Tn=(0.05~0.15)Temax5.减振振弹簧位置置半径R0R0尽可能大一一些，一般般R0=（0.60~0.75）d/2。第五节扭扭转减振振器的设计计二、参数选选择6.减振振弹簧个数数Zj根据摩擦片片外径选取取。7.减振振弹簧总压压力F限位销与从从动盘毂之之间的间隙隙被消除时时的弹簧受受到的压力力。F=Tj/R08.极极限转角jL为弹簧工作作变形量）），通常取取3°~12°。第五节扭扭转减振振器的设计计三、双质量量飞轮1.结构第五节扭扭转减振振器的设计计三、双质量量飞轮2.特点优点：R0提高，弹簧簧刚度下降降，允许转转角变大。。降低发动机机变速器振振动系统固固有频率，，避免怠速速时共振。。减振效果提提高。从动盘上没没有减振器器，从动部部分转动惯惯量下降，，对换档有有利。3.缺点点弹簧安装半半径大，离离心力大，，弹簧中段段易鼓出，，磨损严重重。第六节离离合器的的操纵机构构一、对操纵纵机构的设设计要求1.操纵轻轻便。踏板板力要小，，踏板行程程要合理。。2.有踏板自由由行程调整整机构。3.有踏板行程程限位装置置，防止操操纵机构过过载。4.有足够的刚刚度。5.传动效率要要高。6.发动机振动动，车架、、驾驶室变变形不会影影响正常工工作。7.工作可可靠、寿命命长，维修修保养方便便。第六节离离合器的的操纵机构构二、结构形形式选择第六节离离合器的的操纵机构构三、操纵机机构的设计计计算1.踏板行程S式中：Z———面数；；△S——分离间间隙2.踏板力Ff第七节离离合器主主要零部件件的结构设设计一、从动盘盘总成1.组成从动盘毂摩擦片从动片扭转减振器器2.应满足如下下要求转动惯量小小；具有轴向弹弹性；应装扭转减减振器。第七节离离合器主主要零部件件的结构设设计一、从动盘盘总成3.实现轴向弹性的的方法1）在从动动片外缘开开6-12个T型槽槽，形成许许多扇形，，并将扇形形部分冲压压成依次向向不同方向向弯曲的波波浪形。两两侧的摩擦擦篇则分别别铆在每相相隔一个的的扇形上。。T型槽还还可以减少少由于摩擦擦发热而引引起的从动动片翘曲变变形。主要要用于商用用车中。2）将扇形形波形片的的左右凸起起段分别与与左右侧摩摩擦片铆接接，由于波波形片比从从动片薄，，这种结构构的轴向弹弹性较好，，转动惯量量较小，适适宜于高速速旋转，主主要应用于于乘用车和和总质量小小于6t的的商用车上上。第七节离离合器主主要零部件件的结构设设计一、从动盘盘总成3.实现轴向弹性的的方法3）利用阶阶梯形铆钉钉杆的细段段将成对波波形片的左左片铆接在在左侧摩擦擦片上，并并交替把右右片铆接在在右侧摩擦擦片上。这这种结构的的弹性行程程大，弹性性特性比较较理想，可可使汽车起起步极为平平顺。主要要应用于排排量大于2.5L的的乘用车上上。4））将将靠靠近近飞飞轮轮的的左左侧侧摩摩擦擦片片直直接接铆铆合合在在从从动动片片上上，，只只在在靠靠近近压压盘盘侧侧的的从从动动片片铆铆接接有有波波形形片片，，右右侧侧摩摩擦擦片片用用铆铆钉钉与与波波形形片片铆铆合合。。这这种种结结构构的的转转动动惯惯量量大大，，但但强强度度较较高高，，传传递递转转矩矩的的能能力力较较大大，，适适用用于于商商用用车车。。第七七节节离离合合器器主主要要零零部部件件的的结结构构设设计计一、、从从动动盘盘总总成成4.从动动盘盘毂毂承受受载载荷荷大大，，几几乎乎承承受受由由发发动动机机传传来来的的全全部部转转矩矩。。一一般般采采用用齿齿侧侧对对中中的的矩矩形形花花键键安安装装在在变变速速器器一一轴轴上上，，花花键键的的尺尺寸寸可可根根据据摩摩擦擦片片外外径径和和发发动动机机最最大大转转矩矩选选取取。。从动动盘盘毂毂轴轴向向长长度度不不宜宜太太小小，，以以免免在在花花键键轴轴上上滑滑动动时时产产生生偏偏斜斜而而使使分分离离不不彻彻底底，，一一般般选选1.0-1.4倍倍的的花花键键轴轴直直径径。。从动动盘盘毂毂一一般般采采用用锻锻钢钢（（35/45/45Cr）），，并并经经调调质质处处理理，，表表面面和和心心部部硬硬度度26-32HRC。。为为提提高高花花键键内内孔孔表表面面硬硬度度和和耐耐磨磨性性，，可可采采用用镀镀铬铬工工艺艺，，对对减减振振弹弹簧簧窗窗口口及及与与从从动动片片配配合合处处应应进进行行高高频频处处理理。。第七七节节离离合合器器主主要要零零部部件件的的结结构构设设计计一、、从从动动盘盘总总成成5.摩擦擦片片————性性能能要要求求摩擦擦因因数数高高且且稳稳定定，，工工作作温温度度、、单单位位压压力力及及滑滑磨磨速速度度变变化化对对其其影影响响小小足够够的的强强度度和和耐耐磨磨性性密度度小小，，以以减减小小从从动动盘盘转转动动惯惯量量热稳稳定定性性好好磨合合性性能能好好接合合平平顺顺，，不不产产生生咬咬合合或或抖抖动动现现象象长期期停停放放不不发发生生粘粘着着第七七节节离离合合器器主主要要零零部部件件的的结结构构设设计计一、、从从动动盘盘总总成成5.摩擦擦片片————材材料料石棉棉基基材材料料粉末末冶冶金金金属属陶陶瓷瓷第七七节节离离合合器器主主要要零零部部件件的的结结构构设设计计一、、从从动动盘盘总总成成5.摩擦擦片片————与与从从动动片片连连接接方方式式铆接接连接接可可靠靠，，更更换换摩摩擦擦片片方方便便，，适适宜宜在在从从动动片片上上安安装装波波形形片片，，但但其其摩摩擦擦面面积积利利用用率率小小，，使使用用寿寿命命短短粘接接可增增大大实实际际摩摩擦擦面面积积，，摩摩擦擦片片厚厚度度利利用用率率高高，，具具有有较较高高的的抗抗离离心心力力和和切切向向力力的的能能力力；；但但更更换换摩摩擦擦片片困困难难，，且且使使从从动动盘盘难难以以安安装装波波形形片片，，无无轴轴向向弹弹性性，，可可靠靠性性低低。。第七七节节离离合合器器主主要要零零部部件件的的结结构构设设计计一、、从从动动盘盘总总成成6.从动动片片要求质量量轻，具具有轴向向弹性，，硬度和和平面度度高。材料常用用中碳钢钢板或低低碳钢板板。一般厚度度1.3-2.5，表表面硬度度35-40HRC。。7.波形片和和减振弹弹簧波形片一一般采用用65Mn，厚厚度小于于1mm，硬度度40-46HRC，，并经过过表面发发蓝处理理。减振弹簧簧常采用用60SI2MnA、、50CrVA、65Mn等等。第七节离离合合器主要要零部件件的结构构设计二、离合合器盖总总成1.组成成：离合器盖盖、压盘盘、传动动片、分分离杠杆杆、支撑撑环等2.离合器盖盖的设计计要求：：应具有足足够的刚刚度；应与飞轮轮保持良良好的对对中；膜片弹簧簧支承处处应具有有高的尺尺寸精度度；开较大的的通风口口。乘用车和和载质量量较小的的商用车车离合器器盖一般般用低碳碳钢板，，载质量量较大的的商用车车用铸铁铁件或铝铝合金压压铸件。。第七节离离合合器主要要零部件件的结构构设计二、离合合器盖总总成3.压盘的设设计要求求较大的质质量；较大的刚刚度，保保证压紧紧力分布布均匀；；与飞轮应应保持良良好的对对中（进进行静平平衡）；；高度尺寸寸（从支支撑压点点到摩擦