第二章离合器设计解析课件.ppt

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1、第二章 离合器设计,2-1 概述,一、离合器的功用1.确保起步平稳,切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地结合，确保汽车平稳起步。,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。,在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏。,有效地降低传动系中的振动与噪声。,4. 减振降噪,3. 限制过载,2. 减少冲击,二、摩擦离合器构成：,主动部分：,从动盘、减振弹簧、花键、从动盘毂,操纵机构：,分离叉、分离弹簧、离合器踏板及传动部件、回位弹簧,从动部分：,压紧部分：,发动机飞轮、离合器盖、压盘,压紧弹簧,分离杠杆要有足

2、够的刚度，在分离轴承推力作用下不变形,后备系数,1.可靠地传递发动机最大转矩,措施：,3.主动与从动部分分离要彻底,分离时压盘从动盘之间要有足够大的间隙 单盘0.851.3,从动盘片上开槽,作用：排屑、避免吸附作用,2.接合平顺柔和确保起步平稳,措施：,将从动盘做成具有弹性的盘,在从动盘上装波形钢片,三、对离合器的要求,在离合器壳上开散热孔,措施：,4. 从动部分转动惯量要小 减轻换挡时的冲击、减小同步器齿轮磨损,将飞轮压盘上的质量设计得重些,中间压盘铸通风槽,6.避免传动系扭转共振，具有吸振、缓冲击和减噪能力,5.吸热能力高，散热能力好,分离杠杆设计凸起，用以鼓风,从动盘片上开槽散热,8.

3、使用中，作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数变化要小,推式膜片弹簧离合器拉式结构,发展方向：,7. 操纵轻便、准确减轻驾驶员疲劳,9. 具有足够的强度和良好的动平衡工作可靠、寿命长,10. 结构简单、紧凑、质量小，制造工艺好，拆装、维修、调整方便,传统操纵形式自动操纵形式,分类,2-2 离合器的结构方案分析,一、从动盘数的选择,周布弹簧离合器,优点：结构简单，制造容易，应用较为广泛 缺点：受离心力产生严重变形，弹簧易受热退火,特点：弹簧压紧力是通过杠杆放大后作用于压盘上, 可选择刚度较小的弹簧,中央弹簧离合器,特点：膜片弹簧具有非线性的特点,膜片弹簧离合器,特点：摩擦片磨损后，弹簧压紧力基

4、本不变,斜置弹簧离合器：,二、压紧弹簧和布置型式的选择,压紧力：F1= ,膜片弹簧结构特点：,优点：,缺点：制造工艺及尺寸精度要求严格使生产工艺复杂。,1） 弹簧压紧力在摩擦片允许磨损的范围内基本不变2） 结构简单，轴向尺寸小，零件数目少3） 操纵轻便，省力 4） 高速旋转时性能较稳定5） 压力分布均匀，摩擦片磨损均匀6） 散热通风好，使用寿命长7） 平衡性好8） 有利于批量生产，降低制造成本,接合处,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,当离合器尺寸、相同时 。,拉式和推式膜片弹簧离合器,特点比较,拉式离合器 缺点：,1） 需专门的分离轴承，结构较复杂，安装与

5、拆卸较困难。,2） 分离行程较大。,三、膜片弹簧支承型式,3. 无支承环,2. 单支承环,1. 双支承环,型式：,按支承环数目分为三种,4. 拉式膜片弹簧支承型式,四、压盘的驱动方式,凸块窗孔式,型式：,凸块窗孔式、销钉式、键块式、钢带式,销钉式,键块式,钢带式,为单片离合器长期采用的传统结构,用于双盘离合器,用于驱动中间压盘,轴向或径向布置,特点：无摩擦和磨损，无传动间隙，效率高，无噪声，定中精度高，使用中平衡性好,2-3 离合器主要参数的选择,一、静摩擦力矩的计算,结构上： fFZ （2-2）,离合器后备系数，反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度,要求：.,取： ,（2-1）（ 1）,f

6、静摩擦因数 0.250.30,F工作压力,摩擦片的平均摩擦半径,Z摩擦面数(从动盘数的2倍),式中：,离合器传递转矩的能力取决于摩擦面间的静摩擦力矩 ：,1. 设工作压力均匀：,讨论：,当0.6时，（）/ 4,0摩擦面单位压力；,将(2)、(3)代入(1)：,（2-3）,D、d摩擦片外、内径,2. (为摩擦片平均半径)：,（2-4）,（2-5）,3. ：,，一般取 0.530.70,式中：,二、离合器基本参数的选择,摩擦片磨损后，离合器还能可靠地传递发动机最大转矩,选取原则 ：, 和 p0 、D 和 d 及 b,基本参数：,1. 后备系数：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，,

7、要防止离合器滑磨过大,要能防止传动系过载,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，（23）不松开离合器、紧急制动，（1520）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）,1）离合器使用：频繁， p0 取小些 ，反之p0取大些；,2. 单位压力p0,影响因素：,2）发动机后备功率大小：较小， p0 取小些 ，反之p0取大些；,3）离合器外径：D大， p0 取小些 ，反之p0取大些；,0的推荐值：,石棉基 ： p0=0.100.35,粉末冶金 ： p0=0.350.60,金属陶瓷 ： p

8、0=0.701.50,下列因素要求不宜选取过小衬片磨损后，仍能可靠传递，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；柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，宜取大些。,3、摩擦片外径D、内径d和厚度b当离合器结构形式及摩擦材料选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算：摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按经验公式选用式中为直径系数，取值见表2-3。,当D确定后，d 可按在0.530.70来确定；D不变时，若d取小时：摩擦面积增加，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5764-1998汽车用离合器面片

9、。所选D应使摩擦片最大圆周速度不超过65-70，以免摩擦片发生飞离。,厚度b ：,主要有：3.2，3.5，4.0三种,内径d ：,4、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙t摩擦因数 f 取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素摩擦片材料主要有石棉基材料、粉末冶金和金属陶瓷等。石棉基材料摩擦因数受工作温度、单位压力和滑磨速度影响较大，而粉末冶金和金属陶瓷的摩擦因数较大且稳定。 各种材料的 f 见表2-4。,Z摩擦面数(从动盘数的2倍),间隙t一般为34,2-4 离合器的设计与计算,一、离合器基本参数的优化,特点： f (F，D，d) ；p0 f (F，D，d),目标：保证离合器性能要求

10、下，使结构尺寸最小,2. 目标函数,1. 设计变量,基本参数：性能参数、尺寸参数,（1） D()的选取应使6570,（2）内外径比c的限定范围,（3）的限定范围,3. 约束条件,（4）d 的限定范围,单位摩擦面积传递转矩的许用值,0单位摩擦面积传递的转矩(N2)；00的允许值(N2)。,式中：,（5） 离合器的能力限定范围,要求：在保证离合器传递转矩并保护过载的要求下，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许可值,(N2),离合器规格 210 210250 250325 325,010 -2 0.28 0.30 0.35 0.40,（6） 离合器热负荷对p0的限定范围,（7） 离合器滑磨功的限定范围,

11、要求：减少滑磨、防止温度过高，单位摩擦面积滑磨功应小于其许可值,式中：,w单位摩擦面积滑磨功(2)；ww的允许值(2)；,W汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J）。,W的计算：,式中：,汽车总质量()；,发动机转速，计算时轿车取2000，货车取1500。,i0 主减速器传动比；,起步时变速器挡位传动比；,轮胎滚动半径（m）；,二、膜片弹簧的载荷变形特性,1. 膜片弹簧载荷与变形的关系,膜片弹簧,（2-11）,（1） 压紧力F1与膜片大端变形1的关系,式中：,E材料的弹性模量，钢：21104(2)；泊松比，钢： =0.3；1从自由状态算起的膜片弹簧大端加载点的变形量； h弹簧钢板厚度；

12、H在自由状态下，碟簧部分的内截锥高度；R、r在自由状态下，碟簧部分的大、小端半径；R1、r1压盘加载点和支承环加载点半径。,(2) 推力F2、其作用点位移2与F1、1的关系,式中：,膜片弹簧分离指与分离轴承接触点的半径；2从自由状态算起的膜片弹簧分离指加载点的变形量。,(2-12)、（2-13）、（2-11）可得到 F2、2 的关系,(3) 分离指的移动行程2f （不计分离指弯曲变形）,式中：1f 压盘的分离行程。,三、膜片弹簧的应力计算,1. 假设：,膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面的某一中性点O转动,O点特点：断面在O点处沿圆周方向的切应变为零，因而O点的切向应力为零；O点以外

13、的断面上的点一般均产生切向应变，故产生切向应力。,2. 切向应力：,断面任意点处的切向应力：,式中：,碟簧部分子午断面的转角(从自由状态初始位置算起)； 碟簧部自由状态时的圆锥底角; e 中性点的半径，采用下式计算：(Rr)()。,最大切向压应力：,令,3. 弯曲正应力：,式中：,n分离指数目； 分离指根部宽度。,4. 强度条件：,B点当量应力：,强度条件：,材料：602 =15001700,四、膜片弹簧主要参数的选择,1. 比值的选择：,此值对膜片弹簧的弹性特性影响很大！,推荐：,2.比值和R、r的选择：,1.52.0，24 。,影响碟簧材料的利用！,1.201.35时，碟簧贮存弹性能的能力

14、最大；，材料利用率，弹簧愈硬； ，应力，弹性曲线受直径影响 。,推荐：,讨论：,1.201.35。,3. 膜片弹簧工作点位置的选择：,4. 的选择：,推荐：, =915, 常取11 ,拐点H（压平位置):,工作点B:,5. n的选择：,分离指数目：n =1224，常取 18。,五、膜片弹簧材料及制造工艺,1. 材料：,602、50,硬度：,2. 制造工艺：,碟簧部分：4550；分离指端：5562。,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530%。 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

15、膜片弹簧与压盘接触圆处挤压处理：防止产生裂纹,2-5 扭转减振器的设计,一、概述,弹性元件,1. 组成及功能,阻尼元件,组成：,降低扭转刚度，降低系统某阶固有频率，改变系统固有振型，避免共振,有效地耗散振动能量,1.从动片2.从动盘毂3.摩擦片4.减振弹簧5.碟性弹簧垫圈6.压紧弹簧7.减振盘8.橡胶弹性元件,功能：,1）降低扭转刚度，调谐传动系扭转固有频率,3）控制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转与噪声,2）增加扭振阻尼，抑制共振响应振幅，衰减瞬态扭振,4）缓和扭转冲击载荷，改善离合器的接合平顺性,线 性. （采用同一规格弹簧）,2. 弹性特性类型,

16、非线性.（采用不同规格弹簧）,产生正压力的方式,广泛用于汽油机,用于现代汽车、柴油机,3. 阻尼元件,摩擦片,连接铆钉,碟簧,液体阻尼器,二、主要参数选择,1. 极限转矩,减振弹簧产生最大变形时所能传递的转矩值（限位销起作用时的转矩）,式中系数：,参数：扭转刚度,摩擦转矩,极限转矩,预紧转矩,极限转角,(1.52.0) (2-27),推荐：,货车取1.5；轿车取2.0 。,传递转矩：,2. 扭转刚度,扭转刚度：,式中：,K每个减振弹簧的线刚度（)；减振弹簧个数；,R0减振弹簧位置半径（m）.,共振频率将向减小频率的方向移动，但T,3. 阻尼摩擦转矩 T,经验公式估算：,4. 预紧转矩,特点 ：

17、,有效消振,初选：,推荐：,5. 减振弹簧位置半径 R0,一般取：,6. 减振弹簧个数,7. 减振弹簧总压力 F,一般取：,表3-3 减振弹簧各数的选择,8. 极限转角,减振器从预紧转矩增加到极限转矩时，从动片相对从动盘毂的极限转角,减振弹簧的工作变形量,225250 46,250325 68,325350 810,350 10,摩擦片外径,三、双飞轮扭转减振器,1. 目前通用的从动盘减振器局限性,2. 双质量飞轮减振器,讨论：,1）不能使扭振系统的固有频率降低到怠速转速以下,2)在发动机常用转速范围：10002000，难以通过降低减振弹簧刚度以取得更大的减振效果,扭振系统固有频率：4070,

18、相当于转速:,四缸12002100六缸8001400.,优点：,1）可降低发动机变速器扭振系统的固有频率，避免怠速时发生共振,2）可加大减振弹簧的安装半径，降低减振弹簧刚度，并允许增大转角,3）减振效果较好，故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，并可改善冬季的换挡过程,2-6 离合器的操纵机构,一、对操纵机构的要求,操纵轻便,车型 轿车 货车,踏板力(N) 80150150200,行程() 80150 180,有行程限位装置,有足够的刚度,踏板行程可调整,振动和车架、驾驶室的变形不会影响其正常工作,传动效率高,二、操纵机构结构型式选择,型式：,机械式,液压式,杆系,绳索,应

19、用广泛,应用于轻型车,应用广泛,三、离合器操纵机构的设计计算,液压式,1. 总传动比和总行程的计算,踏板总行程：,式中：,S 踏板自由行程 踏板工作行程,总传动比：,总行程：,机械式,式中：,m 离合器在接合状态下从动盘的变形量，对具有轴向弹性的从动盘取1.01.5，对非弹性从动盘取0.150.25。,总传动比：,总行程：, 分离轴承自由行程，一般=24, S=2030；,S 压盘行程：S + m；,离合器的摩擦表面数（单片2,双片4）；,S分离状态下对偶摩擦面间的间隙,(单片0.751.0，双片0.150.6)；,2. 离合器彻底分离时的踏板力Q,式中：,克服各回位弹簧拉力所需的踏板力。,分

20、离离合器所作的功：,踏板力：,P 离合器彻底分离时压紧弹簧的总压力；,i 操纵机构的总传动比；,操纵机构的总传动效率，机械式取0.70.8，液压式取0.80.9；,式中：,P 离合器接合状态下每个弹簧的压紧力；, 离合器彻底分离时每个弹簧的压紧力；,弹簧个数； S压盘行程；,要求：,W 30J,2-7 离合器的结构元件,一、从动盘总成,组成：,摩擦片、从动片、减振器、花键毂,设计要求:,摩擦片性能要求：,1）转动惯量小 减小换挡时齿轮间冲击,7）长期停放不发生“粘着”现象,1）摩擦因数高，工作温度、单位压力、滑磨速度变化对其影响小,2）足够的机械强度和耐磨性,3）密度小 减小从动盘转动惯量,4

21、）热稳定性好，高温下分离出的粘合剂少，无味、不易烧焦,5）磨合性能好,6）接合平顺，不产生“咬合”或“抖动”现象,3）应装扭转减振器 避免共振、缓和冲击,2）应具有轴向弹性 接合平顺、摩擦面压力均匀,花键毂：,材料：锻钢（45#、45),硬度：2632,二、离合器盖总成,组成：,离合器盖、压紧弹簧、压盘、传动片、分离杆杆,设计要求:,压盘设计要求：,1）足够的刚度 板厚：2.54.0，加强肋或翻边,3）高度公差要小,2）足够的刚度,1）较大质量 增大热容量、减小温升、防裂及破碎,4）便于散热通风,3）压紧弹簧支承处应有较高尺寸精度,2）应保持良好对中 定位销或定位螺栓、止口对中,温升计算：,c

22、比热容，铸铁：c =481.4(); g传到压盘的热量所占的比例，单片： 0.5，双片: 0.25，中间压盘: 0.5,4）应保持良好对中并进行静平衡,材料：,传动片,分离杠杆装置设计要求：,接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转分离时，利用其弹性来牵动压盘轴向分离以减小操纵力,3）其内端高度能调整（处于同一平面），高度差0.2,2）其支承机构与压盘的驱动机构不发生干涉,1）较大弯曲刚度 以免分离时弯曲变形过大，分离不彻底,支承环：,常用34组,每组24片,每片厚度0.51.0 材料：一般为65弹簧钢带,4）其支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承 减小摩擦和磨损,制造方式：,作用：,5）避免高速时因离心力降低压紧力,6）起通风散热作用 鼓风降温,安装精度要求高，耐磨性要好,材料：3.04.0碳素弹簧钢丝,三、分离轴承总成,组成：,分离轴承、分离套,承载:,轴向分离力、 高速时离心力作用下的径向力,型式：,a)推力球轴承,b) 、 c)角接触球轴承,d)自动调心式分离轴承装置,1)轴承内圈2)轴承外圈3)外罩壳4)波形弹簧5)分离套筒6)碟型弹簧7)挡环8)弹性锁环,