汽车离合器课程

汽车离合器课程第1页/共77页2/76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六节离合器操纵机构第2页/共77页3/76§2-1概述一、离合器的功用切断和实现动力的传递

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离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；(3)限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。第3页/共77页4/76二、分类按其从动盘的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圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧斜置螺旋弹簧膜片弹簧离器根据分离时受作用力的方向拉式推式盘形摩擦离合器第4页/共77页5/76三、离合器的设计要求1.能可靠地传递发动机最大转矩2.主动、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.避免传动系发生扭转共振，并具有吸振、缓冲、减少噪声的能力第5页/共77页6/766.吸热能力强，散热性能好7.操纵轻便8.使用中，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、质量低，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便，润滑结构简单第6页/共77页7/76四、组成主动部分:

发动机飞轮离合器盖压盘从动部分:从动盘第7页/共77页8/76压紧机构:

压紧弹簧操纵机构:

分离叉分离轴承离合踏板传动部件第8页/共77页9/76§2-2离合器的结构方案分析一、从动盘数的选择

从动部分转动惯量散热性分离性结合平顺性轴向尺寸传递转矩结构踏板力应用单盘小好彻底不够平顺小小简单大轿车、微轻货双盘中较差不够彻底平顺较长较大较复杂较小中重货多盘大好不彻底平顺长大复杂小牵引、自卸第9页/共77页10/76第10页/共77页11/76第11页/共77页12/76二、压紧弹簧和布置型式的选择1、周置弹簧离合器弹簧数目与分离杠杆、外径尺寸、压紧方式有关优点：结构简单、制造方便缺点：小车、轻型车，由于发动机转速高，周置弹簧受离心力向外突出，压紧力降低过去应用较为广泛第12页/共77页13/76二、压紧弹簧和布置型式的选择2、中央弹簧离合器（1）结构上采用圆柱弹簧或圆锥弹簧缺点：轴向尺寸大多用于重型汽车上。发动机转矩>400-500Nm第13页/共77页14/76二、压紧弹簧和布置型式的选择2、中央弹簧离合器（2）趋势：用矩形断面圆锥弹簧优点：轴向尺寸小压紧力由杠杆机构变大后，踏板力可减小与压盘不直接接触，不会受热退火调整压紧力较容易，多用于重型车第14页/共77页15/76二、压紧弹簧和布置型式的选择3、斜置弹簧离合器优点：工作性能稳定，踏板力比一般布置型式小。此结构在重型汽车上已有采用。第15页/共77页16/76二、压紧弹簧和布置型式的选择4、膜片弹簧离合器分离点极限磨损点工作点特性曲线螺旋弹簧特性曲线第16页/共77页17/76二、压紧弹簧和布置型式的选择4、膜片弹簧离合器优点：

（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（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，质量小第17页/共77页18/76二、压紧弹簧和布置型式的选择4、膜片弹簧离合器优点：（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，提高使用寿命第18页/共77页19/76二、压紧弹簧和布置型式的选择4、膜片弹簧离合器优点：（5）通风散热好，寿命长（6）利于大批生产，降低成本缺点：对材质要求高（60Si2MnA），制造工艺复杂第19页/共77页20/76第20页/共77页21/76第21页/共77页22/76三、膜片弹簧的支承形式双支承形式第22页/共77页23/76单支承形式

第23页/共77页24/76无支承形式

第24页/共77页25/76拉式支承形式

第25页/共77页26/76四、压盘的驱动方式凸块—窗口式销钉式键块式钢带传动片式第26页/共77页27/76§2-3离合器主要参数的选择要求：Tc=β•TemaxTc—离合器静摩擦力偶矩β—离合器后备系数（计算转矩）第27页/共77页28/76

§2-3离合器主要参数的选择

根据摩擦定律，静摩擦力矩为F∑—压盘加于摩擦片的工作压力Rc—摩擦片平均摩擦半径Z—摩擦面数目第28页/共77页29/76

摩擦片正面

摩擦片背面第29页/共77页30/76故：§2-3离合器主要参数的选择p0—摩擦面单位压力A—一个摩擦面的面积第30页/共77页31/76当D不变时，若C取大了，d↑则Tc↓或者p0

↑则磨损↑，寿命

↓

；D不变，C取小则d与D差值大，圆周速度相差大，磨损不均匀，平整性被破坏，接触不良使Tc↓，虽A↑但Rc↓

；（d第31页/共77页32/76§2-3离合器主要参数的选择后备系数β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一、要求离合器后备系数β不宜过大1.若β过大，紧急接合离合器时，T传≥（2～3）Temax影响变速箱设计；2.若β过大，不松开离合器制动时，T传＝（15～20）Temax；第32页/共77页33/76§2-3离合器主要参数的选择一、要求离合器后备系数β不宜过大 3.若β过大，在D、d、F∑不变条件下，Z↑，结构复杂； 4.若β过大，在其它尺寸及片数不变时，F∑↑、p0↑，寿命↓； 5.发动机后备功率大，使用条件良好，离合器弹簧压力在使用中可以调整或变化不大时，β可以取小些第33页/共77页34/76§2-3离合器主要参数的选择一、要求离合器后备系数β不宜过大 6.可以减少分离时踏板力 7.衬片磨损后弹簧伸长F∑↓、Tc↓，故β不宜取小 8.β对滑磨功有影响 9.使用条件恶劣，对拖挂小的牵引车，为提高起步能力，减少滑磨，β不宜取小；第34页/共77页35/76车型β轻货车、轿车1.20~1.75中、重、载货车1.5~2.25越野车、牵引车1.8~4.0βtLtL1.21.41.61.81.02.03.04.05.0第35页/共77页36/76§2-3离合器主要参数的选择二、单位压力p0

1.离合器使用频繁则p0↓2.发动机后备功率小则p0↓3.衬片外径大则p0↓4.材料第36页/共77页37/76Dp0

轿车货车0.150.30石棉基§2-3离合器主要参数的选择二、单位压力p0材料

P0(N/mm2)石棉基石棉基0.18~0.35轿车轿车0.10~0.24烧结金属

0.35~0.60金属陶瓷

0.70~1.50第37页/共77页38/76§2-3离合器主要参数的选择三、摩擦片外径D、内径d、厚度b由

有第38页/共77页39/76§2-3离合器主要参数的选择三、摩擦片外径D、内径d、厚度b增加D受以下因素限制：1.圆周速度当v>65~70m/s时，衬片飞离2.国标GB5764-98第39页/共77页40/76经验公式：C取值0.53~0.7三、摩擦片外径D、内径d、厚度b第40页/共77页41/76或KD为直径系数，取值范围如下表轿车14.5轻、中型货车单片16.0～18.5双片13.5～15.0重型货车22.5～24.0第41页/共77页42/76DdbTemax

下限上限1601103.24060…

…

…

…

…

4302304.02001000第42页/共77页43/76§2-4离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化1.设计变量离合器后备系数β取决于离合器工作压力F和尺寸D、d，因此优化设计变量选为：第43页/共77页44/76§2-4离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化2.目标函数保证性能条件下，尺寸尽可能小第44页/共77页45/76§2-4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）最大圆周速度（2）内外径之比c应在0.53～0.7（3）后备系数β应在1.2～4.0（4）d>2R0+50第45页/共77页46/76§2-4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（5）单位摩擦面积传递的转矩

（6）单位压力p0

范围0.10MPa～1.50MPa（7）单位摩擦面积滑磨功第46页/共77页47/76§2-4离合器的设计与计算二、膜片弹簧设计计算1.膜片弹簧载荷变形特性膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使得离合器结构简化，质量减小，并缩短了离合器的轴向尺寸；由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，是压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀；膜片弹簧所具有的非线性特性胜过螺旋弹簧第47页/共77页48/76第48页/共77页49/76§2-4离合器的设计与计算二、膜片弹簧2.弹簧特性计算公式

H—内截锥高度E—弹性模量

E=21×104N/mm2泊松比μ=0.3第49页/共77页50/76工作与分离时，变形与受力之间的关系三、膜片弹簧的强度计算第50页/共77页51/76§2-4离合器的设计与计算四、膜片弹簧主要参数的选择1.H/h比值对膜片弹簧的特性曲线影响很大

H/h=1.6~2.2；h=2~4mm第51页/共77页52/76四、膜片弹簧主要参数的选择2.R／r越小，材料利用率越高，应力越高，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差影响愈大，一般取1.20～1.35推式：R≥Rc；拉式：r≥Rc3.圆锥底角α取11°左右第52页/共77页53/76§2-4离合器的设计与计算四、主要参数的选择4.工作点位置B的确定凸点M，凹点N，

拐点Hλ1B＝（0.8～1.0）

λ1HC点靠近N点好，可以减小分离轴承的推力

5.分离指数目n取12～24，一般取18。

第53页/共77页54/76第54页/共77页55/76§2-4离合器的设计与计算五、膜片弹簧材料及制造工艺材料：60Si2MnA或50CrVA钢板，制造工艺：强压、喷丸、局部高频淬火或镀铬处理第55页/共77页56/76§2-4离合器的设计与计算六、强度计算第56页/共77页57/76§2-4离合器的设计与计算七、膜片弹簧几何尺寸第57页/共77页58/76第58页/共77页59/76§2-5扭转减振器设计一、组成及作用组成：弹性元件、阻尼元件作用：降低发动机曲轴与传动系结合部分的扭转刚度，调谐传动系扭转振动固有频率增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应幅度，衰减因冲击而产生的瞬态扭振第59页/共77页60/76§2-5扭转减振器设计一、组成及作用组成：弹性元件、阻尼元件作用：控制怠速时的扭振，消减变速器怠速噪声，消减主减速器与变速器之间的扭振与噪声缓和扭转冲击载荷，改善结合的平顺性第60页/共77页61/76§2-5扭转减振器设计二、主要设计参数1.极限转矩Tj限位销起作用时的转矩

2.扭转刚度K

取决于减振弹簧的线刚度即其结构布置尺寸第61页/共77页62/76§2-5扭转减振器设计二、主要设计参数3.阻尼摩擦转矩4.预紧转矩5.减振弹簧的位置半径6.减振弹簧个数（表2-6）7.减振弹簧总压力8.极限转角第62页/共77页63/76§2-6离合器的操纵机构一、要求1.操纵轻便2.踏板行程调节装置3.应具有踏板行程限位器（限位螺钉）第63页/共77页64/76§2-6离合器的操纵机构一、要求

4.操纵机构与车架、发动机无运动干涉5.具有足够刚度，效率高第64页/共77页65/76§2-6离合器的操纵机构二、结构形式的选择

1.机械式：普通杆系：简单可靠、质量大，布置困难绳索式：轻便，寿命短，效率低2.液压式高效、轻便、易布置、便于吊挂踏板、接合柔和最大允许油压一般为5～8Mpa第65页/共77页66/76§2-6离合器的操纵机构三、计算踏板行程第66页/