第4章离合器设计.ppt

第一节 概 述 第二节 离合器的结构形式及选择 第三节 离合器主要参数的选择 第四节 离合器主要零件的设计 第五节 离合器操纵机构的设计,第4章 离合器设计,第一节 概 述,1)既能可靠地传递发动机的最大转矩，又能防止传动系统过载 2)接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有剧烈抖动和冲击 3)分离时要迅速、彻底 4)工作性能稳定，即作用在摩擦片上的总压力不应因摩擦表面的磨损而有明显变化，摩擦系数在离合器工作过程中变化要尽可能小 5)从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损 6)应能避免和衰减传动系统的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力 7)操纵轻便 8)具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长 9)通风散热性良好 10)结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等第二节 离合器的结构形式及选择,一、从动盘数的选择 二、压紧弹簧的结构和布置形式的选择 三、膜片弹簧的支承形式 四、压盘的驱动方式,一、从动盘数的选择,1.单片干式摩擦离合器 2.双片离合器 3.多片湿式离合器,图4-1 单片离合器,一、从动盘数的选择,二、压紧弹簧的结构和布置形式的选择,1.周置弹簧离合器 2.中央弹簧离合器 3.斜置弹簧离合器 4.膜片弹簧离合器,4.膜片弹簧离合器,1)膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性(见图4-14)，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变(从安装时的工作点B变化到A点)，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；而圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降(从B点变化到A′点)。

2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小 3)高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降 4)膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀 5)易于实现良好的通风散热，使用寿命长 6)膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好图4-3 膜片弹簧离合器,4.膜片弹簧离合器,三、膜片弹簧的支承形式,图4-5 推式膜片弹簧单支承环形式,三、膜片弹簧的支承形式,图4-7 推式膜片弹簧无支承环形式,四、压盘的驱动方式,图4-9 传动片式的驱动方式,第三节 离合器主要参数的选择,一、离合器传矩能力计算 二、离合器后备系数β值的确定 三、摩擦片外径D和其他尺寸确定 四、单位压力p0确定,四、单位压力p0确定,图4-10 单位压力与摩擦片外径的关系 1—适用于乘用汽车 2—适用于商用货车,第四节 离合器主要零件的设计,一、从动盘的设计 二、压盘设计 三、膜片弹簧设计 四、膜片弹簧离合器的优化设计,一、从动盘的设计,1.从动片的设计 2.从动毂的设计 3.摩擦片的设计,三、膜片弹簧设计,1.膜片弹簧设计计算基本公式 2.膜片弹簧基本参数选择 3.膜片弹簧材料及制造工艺,1.膜片弹簧设计计算基本公式,图4-11 膜片弹簧及其受载后的变形情况 —大端变形 —分离时大端附加变形 —压紧力 —小端变形 —分离时小端附加变形 —分离力,1.膜片弹簧设计计算基本公式,图4-12 膜片弹簧尺寸符号示意图,1.膜片弹簧设计计算基本公式,图4-13 膜片弹簧小端受载时的变形图,2.膜片弹簧基本参数选择,(1)H/h比值选择 设计膜片弹簧时，要利用其非线性弹性变形规律，以获得最佳使用性能。

(2)膜片弹簧工作点位置选择 (3)R及R/r的确定 比值R/r关系到碟形材料的利用 (4)膜片弹簧起始圆锥底角α 膜片弹簧自由状态下圆锥底角α与内截锥高度H关系密切，α=arctan［H/(R-r)］≈H/(R-r)，汽车膜片弹簧起始圆锥底角α约在10°左右 (5)膜片弹簧小端半径rf及分离轴承作用半径rp rf主要由离合器结构决定，其最小值应大于变速器第一轴的花键外径，以便安装 (6)爪数目n和切槽宽度δ1、δ2及半径re 汽车膜片离合器分离爪数目n12，一般为18左右；切槽宽度δ1≈3.5mm、δ2≈10mm，半径re与δ2有关，一般来说，r-reδ2 (7)支撑环平均半径e和膜片弹簧与压盘的接触半径L e和L大小将影响膜片弹簧的刚度，一般来说，e应尽量接近于r而略大于r，L应接近于R而略小于R2)膜片弹簧工作点位置选择,图4-14 膜片弹簧工作点位置图,四、膜片弹簧离合器的优化设计,1.以减小结构尺寸为目标的膜片弹簧离合器基本参数的优化 2.以强度为目标的膜片弹簧优化设计 3.以工作压力的稳定性为目标的优化设计 4.三种模型的比较分析,1.以减小结构尺寸为目标的膜片弹簧离合器基本参数的优化 (1)设计变量 离合器的基本参数主要有性能参数后备系数β和单位面积压力p0，尺寸参数D(摩擦片外径)和d(摩擦片内径)及摩擦片厚度b。

(2)目标函数 (3)约束条件,四、膜片弹簧离合器的优化设计,(3)约束条件,1)摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度uD不超过65～70m/s，即 2)摩擦片的内外径比c应在0.53～0.70范围内，即0.53≤c≤0.70 3)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系统过载，不同车型的β值应在一定范围内，最大范围β为1.2≤β≤4.0 4)为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于扭转减振器弹簧位置直径2R0约50mm，即d2R0+50 5)为反映离合器传递转矩及过载能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 6)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位面积压力p0对于不同车型，根据所用摩擦材料在一定范围内选取，最大范围p0为0.10～1.50MPa，即,2.以强度为目标的膜片弹簧优化设计,(1)设计变量 膜片弹簧的尺寸如图4-12所示，H为碟簧部分内截锥高，h为弹簧片厚，R为碟簧部分外半径，r为碟簧部分内半径，λ1为大端变形 (2)目标函数 以碟形部分的内半径B处的当量应力最小作为优化设计的目标 (3)约束条件 (4)数学模型求解 以上建立的膜片弹簧优化设计数学模型在此被称作“模型2”，该模型简单、可靠，在不考虑膜片弹簧的材料、热处理等因素条件下，可以使膜片弹簧所受的应力最小。

3)约束条件,1)膜片弹簧的弹性变形特性是非线性的，FP1=f(x1)的特性曲线随H/h值的不同而不同，要求正确选择H/h值以获得最佳使用特性 2)R/r值的大小关系到碟片材料的利用及碟形弹簧储存弹性能力的大小 3)膜片弹簧离合器的工作变形量λ1根据离合器的结构确定，取2.8～5.2mm ，即2.8≤x3≤5.2 4)膜片弹簧处于工作状态时，要求产生一定大小的压紧力，保证可靠传递发动机最大转矩 5)膜片弹簧离合器与普通离合器一样，要求摩擦片在允许的磨损量界限内都能传递发动机最大转矩，因此，1 200N ≤FP2(x1，x2，x3-1.2)≤1 800N 6)膜片弹簧离合器在最大变形时，要求其应力不超过许用值，即,3.以工作压力的稳定性为目标的优化设计,(1)设计变量 取碟簧内截锥高度H、弹簧片厚h、压紧时大端变形λ1b为设计变量 (2)目标函数 (3)约束条件 (4)数学模型的求解 此模型是以摩擦片磨损后膜片弹簧压紧力变化量的绝对值最小作为目标的第五节 离合器操纵机构的设计,一、离合器操纵机构的基本要求 二、操纵机构结构形式选择 三、离合器操纵机构的设计计算,一、离合器操纵机构的基本要求,1)操纵机械要尽可能地简单，操纵轻便，踏板力小，以减轻驾驶员的劳动强度。

2)结构紧凑、效率高，踏板行程要适中，一般应在80～150mm的范围内 3)在操纵机构中应有调整自由行程的装置，以便在摩擦片磨损后调整和恢复分离轴承与分离杠杆的间隙 4)踏板行程应有限位装置，以防止操纵机构的零件因过大载荷而损坏 5)踏板回位要快捷，防止离合器在接合时回位滞后 6)要具有足够的刚度 7)发动机振动及车架、驾驶室的变形不会影响其正常工作三、离合器操纵机构的设计计算,图4-15 机械式和液压式离合器操纵机构简图 a)机械式 b)液压式,。