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1、1,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 离合器的操纵机构 第七节 离合器主要零部件的结构设计,2,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。,3,二、组成,离 合 器,主动部分,从动部分,压紧机构,操纵机构,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,传动部件,4,二、组成,5,三、设计要求 1、可靠的传递Temax ，又能防止传动系过载；
2、 2、接合平顺柔和，起步时无抖动、冲击； 措施：使从动盘有轴向弹性 3、分离迅速，彻底； 措施：提高分离杠杆刚度； 衬片表面开槽，防止吸附。 4、从动部分转动惯量小；,6,5、防止传动系产生扭转共振； 6、操纵轻便； 7、吸热、散热能力强； 过热的危害：压盘烧裂，摩擦因数下降。 措施：壳上开通风口；增大压盘质量。 8、压紧力和摩擦因数在使用中的变化要小。 9、动平衡良好，强度大，工作可靠，寿命长； 10、结构简单，质量小，工艺性好，拆装、维修、调整方便。,7,第二节 离合器的结构方案分析 一、分类,8,二、从动盘数的选择,9,三、膜片弹簧离合器 优、缺点,10,三、膜片弹簧离合器 拉式与推式,
3、11,主要区别膜片弹簧安装方向相反，支承方式不同。,三、膜片弹簧离合器 拉式与推式,12,当离合器尺寸、Temax相同时 。,三、膜片弹簧离合器 拉式与推式,13,当离合器尺寸相同（D）；Temax 一样；则F2=F2,14,第三节 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工作压力；f摩擦因数 （0.250.30）； Z摩擦面数；Rc 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：,15,3、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
4、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： 1。,16,二、离合器主要参数的选择 1、后备系数 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）,17,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
5、； 柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，宜取大些。,18,2、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 0.701.50,19,3、摩擦片尺寸外径 D Tc=f Z p0 D3 (1- c3 ) /12 原则上只要结构上有可能，尽可能将D取大些。 经验公式： (mm),20,3、摩擦片尺寸内径d D不变，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。,21,第四节 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
6、 =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：,22,2. 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： 3. 约束条件 1) D应保证 Vd 6570m/s 2) c 0.53c0.70 3) ,23,4) d d2R0+50 R0减振弹簧位置半径 保证扭转减振器的安装 5) 单位面积传递的转矩 6),24,7) 单位摩擦面积的滑磨功w W起步时，接合离合器产生的滑磨功,25,二. 膜片弹簧的弹性特性 1. 碟簧子午断面坐标系 膜片弹簧受载
7、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。,26,2. 膜片弹簧的变形,27,3. 碟簧变形与载荷的关系,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；,28,4. 分离指变形与载荷的关系,29,三. 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,=0的等应力线：y=(-/2)x K点为所有等应力线交点： （-e,- (-/2)e ）,30,2. 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,31,
8、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。,32,四. 主要参数的选择 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,33,2. R/r和R、r的选择 比值R/r大，则 弹簧材料利用率低； 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.= 915,34,4. 膜片弹簧工作点位置的选择 拐点H对应着膜片弹
9、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18,35,五. 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 膜片弹簧与压盘接触圆处挤压处理 防止产生裂纹,36,第五节 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
10、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,37,二. 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 。,38,3. 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T
11、n 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。 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。,39,三. 双质量飞轮 1.结构 2. 优点： R0提高，弹簧刚度下降，允许转角变大。 降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
12、. 缺点 弹簧安装半径大，离心力大，弹簧中段易鼓出，磨损严重。,40,第六节 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。,41,二. 结构形式选择,42,三. 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Ff,43,第七节 离合器结构元件 一. 从动盘总成 1. 组成 从动盘毂 摩擦片 从动片 扭转减振
13、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。,44,二. 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。 3. 压盘的设计要求： 较大的质量； 较大的刚度，保证压紧力分布均匀； 与飞轮应保持良好的对中（进行静平衡）； 高度尺寸（从支撑压点到摩擦面的距离）公差小。,45,4. 分离杠杆的设计要求： 分离杠杆应具有较大的弯曲刚度； 分离杠杆与压盘无运动干涉； 分离杠杆内端高度应能调整； 分离杠杆支撑处的摩擦损失要小； 应避免在高速旋转时因分离杠杆的离心力作用而降低压紧力； 能鼓风，提高散热能力。,