离合器设计手册.pdf

第三节 离合器操纵机构设计 离合器的操纵比较频繁，除自动离合器外，离合器都是由司机左脚踩踏板操纵为减轻 司机的疲劳， 要求踏板力尽可能地小， 轿车在 80~130N 左右， 载货汽车不应超过 150~200N； 踏板总行程也不宜过大，一般应在 80~150mm 范围内，最大应不超过 180mm应具有踏板 自由行程的调整装置以便在离合器摩擦片磨损后用来调整和恢复分离轴承与分离杠杆间的 正常间隙量；还应有踏板行程限位装置以防止操纵机构的零件受过大载荷而损坏此外，操 纵机构的传动效率要高， 具有足够的刚度， 不会因发动机的振动以及车架和驾驶室的变形而 干涉其正常工作，工作可靠、寿命高，维修保养简易、方便等 3.1 离合器操纵机构的结构型式选择 离合器操纵机构分为机械式、液压式、气压式和自动操纵机构四种为了降低中型以上 货车的踏板力，在机械式和液压式操纵机构中有时采用助力器 1．机械式操纵机构 有杆系传动和钢索传动两种型式杆系传动结构简单、制造容易、工作可靠，广泛用于 各种类型的汽车上但质量及摩擦损耗都较大；传动效率低当离合器需远距离操纵时，则 杆系的结构复杂、布置困难，踏板的自由行程将加大，刚度及可靠性也会变差。

钢索传动寿 命较短，传动效率也不高，仅用于某些轻型轿车中 2．液压式操纵机构 如图 1 所示，液压式操纵机构由吊挂式离合器踏板、总泵(主缸)、分泵(工作缸)、管路 系统、回位弹簧等组成具有摩擦阻力小，传动效率高，质量小，布置方便，接合柔和(有 助于降低猛接离合器时传动系的动载荷)，便于采用吊挂式踏板使该处地板易于密封，车架 或车身的变形以及发动机的振动不会影响其工作， 系统刚度好有助于减小踏板自由行程， 也 便于远距离操纵及采用可翻倾式驾驶室等优点 它不仅最广泛地用于轿车及中、 轻型客车及 货车上， 而且在大客车和重型货车上的应用也日益增多， 但在中型以上的汽车上使用时应该 加装助力器 3．机械式和液压式操纵机构的助力器 在中型以上的汽车上， 为减轻离合器踏板力， 在机械式和液压式操纵机构中常采用各种 助力器 气压式助力器多用于大型客车和重型货车上并与离合器液压操纵系组合如图 2 所示， 当踩下踏板 9 时，工作油液由总泵 10 经管路及油孔 A 压向离合器分离活塞 1，同时推动活 塞 2 压缩膜片的压簧 3，使气路畅通并打开进气阀 5、关闭排气阀 4，使压缩空气进入活塞 7 的进气空间 8，推动活塞克服弹簧力并给离合器分离活塞 1 以助力。

与此同时，部分压缩空 气经孔 6 进入膜片的压簧 3 一侧空间，给压簧以助力，起随动平衡作用设计时应根据离合 器踏板力不应大于 150N 的要求来选择各活塞、弹簧以及膜片等的尺寸，并且要求当助力器 失效时不会影响人力操纵 第二章 离合器 第一节 摩擦离合器的结构型式选择 现代汽车摩擦离合器在设计中应根据车型的类别，使用要求，与发动机的匹配要求，制 造条件以及标准化、通用化、系列化要求等，合理地选择离合器总成的结构和有关组件的结 构，现分述如下： 1．从动盘数及干、湿式的选择 （1）单片干式摩擦离合器 其结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采 用轴向有弹性的从动盘时也能接合平顺因此，广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货 车上，在发动机转矩不大于 1000N·m 的大型客车和重型货车上也有所推广当转矩更大时 可采用双片离合器 （2）双片干式摩擦离合器 与单片离合器相比，由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大，接合也更平顺、柔和；在 传递相同转矩的情况下，其径向尺寸较小，踏板力较小但轴向尺寸加大且结构复杂；中间 压盘的通风散热性差易引起过热而加快摩擦片的磨损甚至烧伤碎裂； 分离行程大， 调整不当 分离也不易彻底； 从动件转动惯量大易使换档困难等。

仅用于传递的转矩大且径向尺寸受到 限制时 （3）多片湿式离合器 摩擦面更多，接合更加平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损小但分离行程大、 分离也不易彻底，特别是在冬季油液粘度增大时；轴向尺寸大；从动部分的转动惯量大，故 过去未得到推广 近年来， 由于多片湿式离合器在技术方面的不断完善， 重型车上又有采用， 并有不断增加的趋势 因为它采用油泵对摩擦表面强制冷却， 使起步时即使长时间打滑也不 会过热，起步性能好，据称其使用寿命可较干式高出 5～6 倍 2．压紧弹簧的结构型式及布置 离合器压紧弹簧的结构型式有： 圆柱螺旋弹簧、 矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等 可采用沿圆周布置、 中央布置和斜置等布置型式 根据压紧弹簧的型式及布置， 离合器分为： （1）周置弹簧离合器 周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上 有的重型汽 车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上周置弹簧离合器的结构简单、制造方便，过去广泛 用于各种类型的汽车上现代由于轿车发动机转速的提高(最高转速高达 5000～7000r／min 或更高)，在高转速离心力的作用下，周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力； 另外，也使弹簧靠到定位座柱上而使接触部位严重磨损甚至出现断裂现象。

因此，现代轿车 及微、轻、中型客车多改用膜片弹簧离合器但在中、重型货车上，周置弹簧离合器仍得到 广泛采用 （2）中央弹簧离合器 采用一个矩形断面的圆锥螺旋弹簧或用 1~2 个圆柱螺旋弹簧做压簧并布置在离合接触， 因此压盘由于摩擦而产生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效 压簧的压紧力是经杠杆 系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力，使操 纵较轻便 采用中央圆柱螺旋弹簧时离合器的轴向尺寸较大， 而矩形断面的锥形弹簧则可明 显缩小轴向尺寸， 但其制造却比较困难， 故中央弹簧离合器多用在重型汽车上以减轻其操纵 力根据国外的统计资料：当载货汽车的发动机转矩大于 400～450N·m 时，常常采用中央 弹簧离合器 （3）斜置弹簧离合器 是重型汽车采用的一种新型结构 以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧， 分别以 倾角（弹簧中心线与离合器中心线间的夹角）斜向作用于传力套上，后者再推动压杆并按杠 杆比放大后作用到压盘上这时，作用在压杆内端的轴向推力等于弹簧压力的轴向分力当 摩擦片磨损后压杆内端随传力套前移，使弹簧伸长，压力减小，倾角亦减小，而 cos 值则增 大。

这样即可使在摩擦片磨损范围内压紧弹簧的轴向推力几乎保持不变， 从而使压盘的压紧 力也几乎保持不变同样，当离合器分离时后移传力套，压盘的压紧力也大致不变因此， 斜置弹簧离合器与前两种离合器相比， 其突出优点是工作性能十分稳定 与周置弹簧离合器 比较，其踏板力约可降低 35％ （4）膜片弹簧离合器 膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成当 摩擦片磨损后， 弹簧压力几乎可以保持不变， 且可减轻分离离合器时的踏板力， 使操纵轻便； 其次， 膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的， 因此其压力实际上不受离心力的 影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离 合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；另外，由于膜 片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于 实现良好的散热通风等 膜片弹簧离合器在轿车及微型、 轻型客车上已得到广泛的采用， 而且逐渐扩展到载货汽 车上国外已设计生产了传递转矩为 80~2000N·m、最大摩擦片外径达 420mm 的膜片弹簧 离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。

甚至某些总质量达 28~32t 的重型 汽车也有采用膜片弹簧离合器的但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高 膜片弹簧离合器的操纵曾经都是采用压式结构 当前， 膜片弹簧离合器的压式操纵已为 拉式操纵结构所取代后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结 构简化、零件减少、拆装方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨 损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响 而在压式结构中支承圈的磨损 会形成间隙而增大踏板的自由行程 3．从动盘的结构型式 简单的从动盘由从动片、摩擦片及从动盘毂铆接而成，其结构简单、质量小，有时用于 重型汽车尤其是双片离合器中 采用带扭转减振器的从动盘是发展趋势，轿车均采用之这时，从动片与花键毂间通过 减振弹簧相联，具有切向弹性以消除高频共振并起缓冲作用，在从动片、花键毂与减振盘问 有减振摩擦片，装碟形垫片作弹性夹紧后起摩擦阻尼作用，并使阻尼力矩保持稳定，以吸收 部分能量、衰减低频振动扭转减振器按发动机及传动系专门设计并经试验修正，则可得到 最佳减振、降噪效果线性弹性特性的扭转减振器，减振弹簧由一组圆柱螺旋弹簧组成，常 用于汽油机汽车。

柴油机怠速旋转不均匀度较大，会引起变速器常啮合齿轮间的敲击采用 二或三级非线性扭转减振器并使第一级减振弹簧组的刚度小， 可缓和柴油机怠速不平稳及消 除变速器怠速噪声 为了使离合器接合平顺， 从动片尤其是单片离合器的从动片， 一般都使其具有轴向弹性 最简单的方法是在从动片上开 T 形槽，外缘形成许多扇形，并将它们冲压成依次向不同方 向弯曲的波浪形两边的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形片上在离合器接合时，从动 片被压紧，弯曲的波浪形扇形部分被逐渐压平，使从动盘上的压力和传递的转矩逐渐增大， 故接合平顺柔和 这种切槽有利于减少从动片的翘曲 其缺点是很难保证每片扇形部分的刚 度完全一致 分开式结构中， 波形弹簧片与从动片分别冲压成型后铆在一起 由于波形弹簧片是由同 一模具冲制，故其刚度比较一致；由于波形弹簧是采用比从动片更薄的钢板(厚度仅为 0.7mm)，故这种结构容易得到更小的转动惯量，这些方面都优于整体式结构上述两种结 构尤其是后一种多为轿车所采用 在载货汽车上常采用一种所谓组合式从动片 这种结构在靠近压盘一侧的从动片上铆着 波形弹簧片，摩擦片则铆在波形弹簧片上，而靠近飞轮一侧的摩擦片则直接铆在从动片上。

其转动惯量较大，但对于要求刚度较高、外形稳定性较好的大型从动片来说，这种结构也是 可以采用的当载货汽车离合器的直径小于 380mm 时，则从动片仍可采用前两种结构 第二节 离合器基本参数的确定 2.1 摩擦片或从动盘设计计算 摩擦片或从动盘的平均外径根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择： )( 22 0max dDpZfRRZfPTT mmec −=== Σ πβ 式中β——离合器的后备系数，轿车、轻型货车 1.30~1.75，中、重型货车 1.60~2.25，越野 汽车、挂车 2.0~3.5； Z——摩擦面数； Temax——发动机最大转矩，N·m； PΣ——作用在摩擦面上的总压紧力，N； f——摩擦系数，计算时一般取 0.25~0.30 摩擦片平均摩擦半径Rm（当压力均布时）为： 22 33 3 1 dD dD Rm − − = 式中 D——摩擦片外径； d——摩擦片内径 当发动机的最大转矩已知， 离合器的结构型式和摩擦片材料已定， z和f便已定 选好p0及 β，则摩擦片尺寸即可确定对于石棉基摩擦材料，通常取p0＝0.15~0.25MPa，且较小值用 于发动机后备功率较小、离合器使用频繁的汽车，装载质量大或在坏路面上行驶的汽车。

当 摩擦片外径较大时，为降低其外缘处的热负荷，也应降低p0值轿车可取 0.18~0.28MPa；货 车为 0.14~0.23MPa；城市公共汽车：一般单片取 0.13MPa，大的双片取 0.1MPa粉末冶金 摩擦片的p0可取 0.35～0.50MPa；金属陶瓷材料允许超过 0.70MPa，甚至可达 1.5~2.0MPa 选择β时应考虑到： 为了能可靠地传递发动机最大转矩及防止过长时间的滑磨， β应取较大 值；为了防止传动系过载、保证操纵轻便以及使离合器尺寸不致。