《离合器设计》PPT课件.ppt

内蒙古工业大学能动学院交通运输系,1,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,第二章 离合器设计,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,2,本章重点,汽车离合器设计的基本要求；各种形式汽车离合器的特点及应用；离合器基本参数的选择及优化； 膜片弹簧主要参数的选择及优化； 扭转减振器的设计； 离合器的操纵。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,3,第一节 概述,一、离合器组成部分,离合器,压紧机构,操作机构,从动部分,主动部分,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,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,4,二、离合器作用,(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。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,5,1）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。2）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。3）分离时要迅速、彻底。4）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用 寿命。6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的 能力。7）操纵轻便、准确。8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过 程中变化要尽可能小，保证有稳定的工作性能。9）应有足够的强度和良好的动平衡。10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。,三、汽车离合器设计基本要求,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,6,汽车离合器多采用干式盘形摩擦离合器。,第二节 离合器的结构方案分析,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,9,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,10,3.多片离合器,多片离合器有两个以上从动盘，多为湿式，接合平顺柔和，由于在油中工作，摩擦表面温度低、磨损小，使用寿命长。但是分离行程大，分离不彻底 ，轴向尺寸和质量较大，从动部分转动惯量也很大 。主要用于最大总质量大于14t的商用车的行星齿轮变速器换挡机构中。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,11,二、压紧弹簧和布置形式的选择,1. 周置弹簧离合器,周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上。其特点是：,结构简单、制造容易，曾得到广泛应用；压紧弹簧的数目要随摩擦片直径的增大而增多，而且应 当是分离杠杆的倍数；压紧弹簧直接与压盘接触，易受热回火失效；当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用 而向外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,12,2. 中央弹簧离合器,中央弹簧离合器采用1-2个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥螺旋弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，压紧弹簧与从动盘的轴线重合。多用于发动机最大转矩大于400500Nm的商用车上。,可选较大的杠杆比，从而得到足够的压紧力，且有利于 减小踏板力。压紧弹簧不与压盘接触，不会使弹簧受热回火失效；通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整，多用于 重型汽车上。结构复杂，轴向尺寸大,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,13,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,14,3. 斜置弹簧离合器,斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新结构形式，弹簧的轴线与离合器的轴线成一个夹角，即弹簧压力斜向作用于传力盘上，并通过压杠作用在压盘上。,斜置弹簧离合器的显著优点是摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。,斜置弹簧离合器主要用于最大总质量大于14t的商用车上。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,15,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,4. 膜片弹簧离合器,膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,16,膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比具有如下一系列优点：,1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性；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，弹簧压紧力降低的程度较周置圆柱弹簧 离合器明显减小，所以摩擦力矩降低很少，性能稳定; 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）膜片弹簧中心线与离合器中心线重合，平衡性好；7）有利于大批量生产，降低制造成本。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,17,B:初始接合；,:摩擦片磨损 后弹簧的伸 长量；,:离合器分离 时弹簧的进 一步压缩量；,膜片弹簧,螺旋弹簧,两种弹簧的特性曲线,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,18,推式膜片弹簧双支承环形式 推式膜片弹簧单支承环形式,三、膜片弹簧的支承形式,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,19,推式膜片弹簧无支承环形式 拉式膜片弹簧支承环形式,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,20,取消了中间支承零件，结构简单、紧凑，质量小；拉式膜片弹簧以中部与压盘接触，在同样压盘尺寸的条件下可采用较大直径的膜片弹簧，提高了压紧力，且不增大踏板力；离合器盖变形小，分离效率高；杠杆比大，传动效率较高，踏板力可减少25 30；无论在接合状态或分离状态，拉式膜片弹簧的大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击噪声；使用寿命长。,与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有的优点：,拉式膜片弹簧需专门的分离轴承，结构较复杂，安装和拆卸较困难，且分离行程略比推式大些。但由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它已经得以应用。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,21,四、压盘的驱动方式,压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时它和飞轮一同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。,压盘的驱动方式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等。,弹性传动片式是近年来广泛采用的方式，沿圆周切向布置的三组或四组薄弹簧钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘用铆钉或螺栓连接，传动片的弹性允许其作轴向移动。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,22,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,23,弹性传动片式驱动方式结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,24,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,第三节 离合器主要参数的选择,摩擦离合器是靠存在于主、从动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的，离合器的静摩擦力矩为：,式中：f：摩擦面间的静摩擦因数，一般取0.250.30；F ：压盘施加在摩擦面上的工作压力；Rc ：摩擦片的平均摩擦半径；Z ：摩擦面数， Z等于摩擦片的2倍。,（2-1）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,25,设p0为摩擦面承受的单位压力，且压力分布均匀，则单元摩擦面积ds上产生的单元摩擦力矩为 ：,整个摩擦面上产生的摩擦力矩为：,式中：R：摩擦片外半径；r ：摩擦片内半径；,摩擦面承受的单位压力为：,（2-2）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,26,对于具有Z个摩擦面的离合器，其摩擦力矩为：,将式（2-2）带入式（2-3）得：,（2-4）,（2-3）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,27,（2-5）,当 时，可由下式相当准确地计算,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,28,（2-6）,式中：c：摩擦片内、外半径之比，c=d/D， c=0.530.70；,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,29,为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即,（2-7）,式中：Temax：发动机最大转矩； ：离合器的后备系数，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， 必须大于1。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,30,离合器的基本参数,性能参数：和p0 ；尺寸参数：D和d及摩擦片厚度b；结构参数：摩擦面数Z和离合器间隙t ；摩擦因数f。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,31,一、后备系数,后备系数是离合器一个重要设计参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应保证离合器应能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载并要做到操纵轻便。因此，在选择时应考虑以下因素：,1）为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；2）为减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取 太大；3）当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选 取小些；4）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑 磨，应选取大些；,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,32,5）汽车总质量越大，也应选得越大；6）柴油机工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比 汽油机大些；7）发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；8）膜片弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；9）双片离合器的值应大于单片离合器。,离合器后备系数的取值范围,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,33,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,二、单位压力p0,单位压力p0对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。,离合器使用频繁、发动机后备功率较小、载质量大或 经常在坏路面上行驶的汽车， p0 应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负 荷， p0应取小些；离合器后备系数较大时，可适当增大p0 。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,34,摩擦片单位压力p0的取值范围,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,35,三、摩擦片外径D、内径d和厚度b,1.摩擦片外径D,摩擦片外径是离合器的重要参数之一，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。,当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，其他参数已知或选取后，可估算出摩擦片外径：,（2-8）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,36,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,摩擦片外径D（mm）也可根据发动机最大转矩Temax （Nm）按如下经验公式选取：,（2-9）,KD为直径系数，取值范围如下：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,37,2.摩擦片内径d,当摩擦片外径D确定后，摩擦片内径d 可根据d / D在0.530.70之间来确定。,3.摩擦片厚度b,摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。,摩擦片尺寸应符合GB/T5761998汽车用离合器面片，所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s，以免摩擦片发生飞离。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,38,离合器摩擦片尺寸系列和参数,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,39,四、摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙t,1.摩擦因数f,摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,40,2.摩擦面数Z,摩擦面数Z为离合器从动盘数的2倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。,3.离合器间隙t,离合器间隙是指离合器处于正常接合状态，分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，该间隙一般为3-4mm。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,41,第四节 离合器的设计与计算,一、圆柱螺旋弹簧,在周置弹簧离合器中，设弹簧数为i，每个弹簧的工作压力为：,（2-10）,弹簧的工作应力为：,（2-11）,：弹簧的工作应力（MPa）；Dp ：簧圈平均直径，即中径（mm）；d ：弹簧钢丝直径（mm）；C/ ：旋绕比，C/ = Dp /d，一般取68；K/ ：校正系数， K/ =（4 C/ +2）/ （4 C/ 3）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,42,离合器分离时，弹簧在工作压力的基础上又受到分离轴承的压力，这时弹簧压力达到最大Fmax，根据Fmax可算出弹簧最大应力。,离合器圆柱螺旋弹簧常用的材料为65Mn或碳素弹簧钢丝，工作应力在700MPa左右为宜，最大应力不宜超过800900MPa。,选好旋绕比C/ ，计算出校正系数K/ ，再选好工作压力F，则有：,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,43,弹簧的工作圈数ns可根据刚度条件和d、C/确定。,G：切变模量，碳钢G =83103MPa； K：簧圈刚度，一般为2045N/mm。,弹簧刚度可按下式确定：,f ：离合器分离过程中弹簧的变形量，等于压盘行程，单片f = 1.72.6mm，双片f = 33.6mm；弹簧最大压力Fmax一般不大于（1.151.20）F,弹簧总圈数一般比工作圈数多1.52圈；弹簧受最大压力Fmax时，相邻圈之间的间隙应保持在0.51.5mm。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,44,第四节 离合器的设计与计算,二、膜片弹簧,膜片弹簧是一种特殊的蝶形弹簧，其基体是蝶形弹簧，另有一些由径向槽隔开的分离指。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,45,1.膜片弹簧的主要参数,膜片弹簧子午断面：通过膜片弹簧构成的锥体轴线，同时通过分离指中心的断面。,膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H；膜片弹簧钢板厚度 h ；自由状态下碟簧部分大端半径 R；自由状态下碟簧部分小端半径 r ；自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ；分离指数目 n 。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,46,2.膜片弹簧的弹性特性,假设膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动，通过支撑环和压盘施加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假想集中在加载点上，用F1表示，加载点之间的相对轴向变形为1。,子午断面绕中性点的转动,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,47,则膜片弹簧压紧力与变形之间的关系式为：,E：材料的弹性模量（MPa），对于钢E=2.1 105 MPa ；：材料的泊松比，对于钢 =0.3 ；H：内截锥高度（mm）；h：弹簧板厚（mm）；R、r：分别为碟簧部分大、小端半径（mm）；R1、r1：分别为压盘加载点和支承环加载点半径（mm） 。,48,设分离轴承对膜片弹簧分离指施加的载荷为F 2，对应的变形量为2，在分离与压紧两种状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的小转角 ，便有如下的对应关系：,rf：膜片弹簧分离指与分离轴承接触点的半径（mm）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,49,膜片弹簧的变形可以是由F1引起，也可以是由F2引起。当满足如下关系时，由两者引起的膜片弹簧变形是相同的。,50,则膜片弹簧的特性即膜片弹簧的载荷与变量之间的关系（F1- 1、F2- 1）为：,通过 ，也可以得到F1- 2 、 F2- 2之间的关系式。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,51,膜片弹簧的弹性特性曲线,52,设1f是从离合器接合状态算起的膜片弹簧与压盘接触点的变形量， 2f是从离合器接合状态算起的膜片弹簧分离指加载点的变形量，则根据杠杆关系有：,2f不包括分离指在载荷作用下所产生的弹性体变形/2f。如果考虑这种弹性体变形，分离轴承的总移动行程2F为：,53,3.膜片弹簧的强度计算,子午断面上任意点(x，y)的切向应力为：,：自由状态时碟簧部分的圆锥底角（rad）；：从自由状态起，碟簧子午断面的转角（rad）；e：中性点半径，（mm）；,分析表明，膜片弹簧的碟簧部分B点处的切向压应力最大。,54,令 ，可以求出切向压应力 达到极大值时的转角,：离合器彻底分离时的子午断面转角。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,55,B点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力作用下还受有弯曲应力 ，其表达式为：,n：分离指数目；br：一个分离指的根部宽度。,由于弯曲拉应力rB与切向压应力tB相垂直，根据最大剪应力理论，B点的当量应力 ：,在实际设计中，通常用此当量应力校核膜片弹簧的强度，即Bj不超过许用应力。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,56,4.膜片弹簧基本参数的选择,比值H/h和h的选择,比值H/h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。 当H/h 时，F1= (1)有一极大值和一极小值； 当H/h=2 时，F1= (1)的极小值落在横坐标上。,为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h一般为1.52.0，板厚h为24mm。,膜片弹簧的弹性特性曲线,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,57,比值R/r和R、r的选择,根据结构布置和压紧力的要求，R/r一般为1.201.35。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径Rc，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc。对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值一般比推式的大。,膜片弹簧自由状态下圆锥底角与内截锥高度H关系密切，=arctan H/(R-r) H/(R-r)。一般在915范围内。,的选择,58,膜片弹簧工作点位置的选择,拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H= (1M +1N)2。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般1B =(0.81.0) 1H，以保证摩擦片在最大磨损限度范围内压紧力从F1B到F1A变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。,膜片弹簧的弹性特性曲线,59,膜片弹簧小端半径r0及分离轴承作用半径rf 的确定,分离指数n常取为18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸弹簧可取12。,分离指数n的选取,r0由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。 rf 应大于r0 。,60, 1 =3.23.5mm；2=910mm；re 的取值应满足r-re 2 。,切槽宽度1 、2及半径re 的确定,压盘加载半径R1和支撑环加载点半径r1的确定,R1和r1的取值将影响膜片弹簧的刚度。, r1应略大于r且尽量接近r； R1应略大于R且尽量接近R。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,61,第五节 扭转减振器的设计,扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度，改变系统的固有振型，尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。,扭转减振器具有如下功能：1）降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2）增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。3）控制动力传动系总成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振与噪声。4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,62,10-减振器阻尼片,12-减振盘,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,63,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,64,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,65,减振器的主要参数,k：扭转角刚度 ；T：阻尼摩擦元件间的摩擦转矩；Tj：极限转矩；Tn：预紧转矩；j：极限转角。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,66,扭转减振器具有线性和非线性特性两种形式。,单级线性减振器的扭转特性如图 所示，其弹性元件一般采用圆柱螺旋弹簧，广泛应用于汽油机汽车中。,单级线性减振器的扭转特性,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,67,当发动机为柴油机时，怠速时引起变速器常啮合齿轮齿间的敲击， 从而产生怠速噪声。在扭转减振器中另设置一组刚度较小的弹簧， 使其在怠速工况下起作用，以消除变速器怠速噪声， 此时可得到两级非线性特性， 第一级的刚度很小，称为怠速级，第二级的刚度较大。,目前，在柴油机汽车中广泛采用具有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器 。,三级非线性减振器的扭转特性,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,68,第五节 扭转减振器的设计,1.极限转矩Tj,减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙1 时所能传递的最大转矩，即限位销起作用时的转矩。一般可取：,商用车取1.5，乘用车取2.0,扭转减振器尺寸简图,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,69,1.极限转矩Tj,试验表明：,当Tj= Tmax时，传动系的动载荷最小；当Tj Tmax时，传动系会产生冲击载荷；当TjTmax时，会增大传动系的角刚度，使传动系的 动载荷有所增大。,Tmax：汽车后驱动轮的最大附着转矩,因此，也可以按下式选取：,G2：满载时汽车后驱动桥的静载荷；：附着系数，取0.8；rr：车轮滚动半径；i0：主减速比；ig1：变速器一挡传动比。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,70,为了避免引起传动系统的共振，要合理选择减振器的扭转角刚度k ，使共振现象不发生在发动机常用的工作转速范围内。 设减振弹簧分布在半径为Ro的圆周上，当从动片相对从动盘毂转过(rad)时，弹簧相应变形量为Ro 。此时所需加在从动片上的转矩为：,2.扭转角刚度k,K：为每个减振弹簧的线刚度(Nmm)；Zj ：为减振弹簧个数；Ro ：为减振弹簧位置半径(m)。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,71,根据扭转刚度的定义，k =T/，则:,设计时，可按经验初选为：,k :减振器扭转角刚度（Nm/rad）,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,72,3. 阻尼摩擦转矩T,由于减振器扭转刚度受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机转速范围内最有效的消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩。一般可按下式初选为:,4.预紧转矩Tn,弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，Tn增加，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是Tn不应大于T，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,73,5.减振弹簧的位置半径R0,Ro的尺寸应尽可能大些，一般取:,6. 减振弹簧个数Zj,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,74,7. 减振弹簧总压力F,当限位销与从动盘毂之间的间隙1或2被消除，减振弹簧传递转矩达到最大值Tj时，减振弹簧受到的压力F为,8.极限转角j,减振器从预紧转矩Tn增加到极限转矩Tj时，从动片相对从动盘毂的极限转角为：,l：减振弹簧的工作变形量,j 通常取312，对汽车平顺性要求高或发动机工作不均匀时j取上限。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,75,双质量飞轮的减振器,双质量飞轮减振器具有以下优点1)可以降低发动机、变速器振动系统的固有频率，以避免在怠速转速时的共振。2)可以加大减振弹簧的位置半径，降低减振弹簧刚度K，并允许增大转角。3)由于双质量飞轮减振器的减振效果较好，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。由于从动盘没有减振器，可以减小从动盘的转动惯量，这也有利于换挡。但由于减振弹簧位置半径较大，高速时受到较大离心力的作用，使减振弹簧中段横向翘曲而鼓出，与弹簧座接触产生摩擦，使弹簧磨损严重，甚至引起早期损坏。,1一第一飞轮 2一第二飞轮 3一离合器盖总成 4一从动盘 5一球轴承 6一短轴 7一滚针轴承 8一曲轴凸缘 9一联结盘 10一螺钉 11一扭转减振器,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,76,发动机与变速器振动系统的两种模型,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,77,1）踏板力要小，轿车：80150N，货车：150200N。2）踏板行程在一定的范围内，轿车：80150mm，货车：180mm。3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损坏。5）应具有足够的刚度。6）传动效率要高。7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。8）工作可靠、寿命长，维修保养方便。,第六节 离合器的操纵机构,1.对操纵机构的要求,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,78,2.操纵机构结构形式选择,机械式操纵机构：杆系和绳索两种形式杆系传动机构结构简单、工作可靠，被广泛应用。但 其质量大，机械效率低，在远距离操纵时布置较困难。绳索传动机构可克服上述缺点，且可采用吊挂式踏板 结构。但 其寿命较短，机械效率仍不高。多用于轻型 轿车中。,液压式操纵机构主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，具有传动效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点。广泛应用于各种形式的汽车中。,79,3.离合器操纵机构的设计计算,踏板行程S由自由行程S1和工作行程S2两部分组成：,液压式操纵机构示意,S0f：分离轴承自由行程，一般为1.53.0mm，反映到踏板上的自由行程S1一般为030mm；d1、d2 ：分别为主缸和工作缸的直径；Z ：摩擦面面数；S为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：S=0.851.30mm，双片：S=0.750.90mm。a1、a2、b1、b2、c1、c2 ：杠杆尺寸。,踏板行程S不应大于150180mm。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,80,踏板力Ff可按下式计算,F：离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；i：操纵机构总传动比:,：机械效率，机械式： = 70 80，液压式： = 80 90；Fs ：克服回位弹簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,81,工作缸直径d2的确定与液压系统所允许的最大油压有关。考虑到橡胶软管及其他管接头的密封要求，最大允许油压一般为5-8Mpa。 对于机械式操纵机构的上述计算，只需将d1和d2取消即可。,分离离合器所作的功(忽略回位弹簧等)为,在规定的踏板力和踏板行程的允许范围内，驾驶员分离离合器所作的功不应大于30J。,82,第七节 离合器主要零部件的结构设计,一、从动盘总成 从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减振器等组成。,设计要求：,从动盘转动惯量尽可能小， 以减小换挡冲击；,从动盘应具有轴向弹性，使离 合器接合平顺，便于起步；且 使摩擦面压力均匀，减小磨损；,从动盘应安装扭转减振器，以 免传动系共振，并缓和冲击；,83,第七节 离合器主要零部件的结构设计,1.轴向弹性从动盘的结构形式,在从动片外缘处开612个“T”形槽，形成许多扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形。“T”形槽还可以减小由于摩擦发热而引起的从动片翘曲变形。这种结构主要用于商用车上。,将扇形波形片的左、右凸起段分别与左、右侧摩擦片铆接，由于波形片（小于1.00mm）比从动片（1.52.50mm）薄，这种结构有较好的轴向弹性，转动惯量也小，适宜于高速旋转，主要应用于乘用车和总质量小于6t的商用车。,84,第七节 离合器主要零部件的结构设计,利用阶梯形铆钉的细段将成对波形片的左片铆在左侧摩擦片上，并交替地把右片铆在右侧摩擦片上 。这种结构的弹性行程大，弹性特性较理想，可使汽车起步极为平顺。主要应用于发动机排量大于2.5L的乘用车上。,将靠近飞轮一侧的摩擦片直接铆合在从动片上，只在靠近压盘侧的从动片铆有波形片，靠近压盘侧的摩擦片铆在波形片上。这种结构转动惯量大，但强度较高，传递转矩的能力大，主要用于商用车。,85,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,86,2.从动盘毂,从动盘毂一般采用侧齿对中的矩形花键安装在变速器一轴上，花键的尺寸根据摩擦片外径D和发动机的最大转矩Temax选取（P74：表2-7）。,从动盘毂的轴向长度不宜过小，以免在花键上滑动时产生偏斜而导致离合器分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。,从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40Cr等），并经调质处理，表面和芯部硬度一般在2632HRC。花键内孔表面可采用镀铬工艺。,从动盘毂与减振弹簧窗口及与从动片配合处，应进行高频处理。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,87,3.摩擦片,摩擦因数较高且稳定。,具有足够的机械强度与耐磨性。,密度要小，以减小从动盘的转动惯量。,热稳定性好，在高温下分解出的粘合剂少，无味，不易烧焦。,性能要求,磨合性能好，不刮伤飞轮和压盘表面。,接合时应平顺，不产生“咬合”或“抖动”现象。,长期停放后，摩擦面间不发生“粘着” 现象。,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,88,3.摩擦片,石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高（0.300.45）、密度小、制造容易、价格低廉等优点。但性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力及滑磨速度影响大，主要应用于中、轻载荷下工作。由于石棉在生产和使用过程中对环境有影响，故目前以玻璃纤维、金属纤维等替代。,粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性和耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受较高的单位压力以及寿命长等优点。但价格较贵、密度较大，接合平顺性差，主要应用于总质量较大的商用车上。,摩擦材料,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,89,3.摩擦片,铆接方式连接可靠，适宜在从动片上安装波形片；但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。,粘接方式可增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较强的抗离心力和切向力的能力；但从动盘难以安装波形片，无轴向弹性，可靠性低。,摩擦片与从动片的连接方式,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,90,4.从动片,要求从动质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳钢板或低碳钢板。一般厚度为1.32.5mm，表面硬度3540HRC。,5.波形片和减振弹簧,波形片一般采用65Mn，厚度为小于1mm，为硬度4046HRC，并经表面发蓝处理。,减振弹簧一般采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。,91,离合器盖总成除了压紧弹簧外，还有离合器盖、压盘、传动片、分离杠杆装置及支承环等。,二、离合器盖总成,92,93,1.离合器盖,设计要求,应具有足够的刚度。,与飞轮保持良好的对中。,膜片弹簧安装处应有较高的尺寸精度。,通风散热良好。,材料,乘用车和质量较小的商用车一般用低碳钢板，如08、10钢。,总质量较大的商用车一般用铸铁件或铝合金压铸件。,94,2.压盘,设计要求,压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生 裂纹和破碎，可设置各种形状的散热筋或鼓风筋。,与飞轮保持良好的对中，并进行静平衡，平衡精度不低于1520gcm。,压盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小。,压盘应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并 减小受热后的翘曲变形，压盘厚度一般为1525mm。,工作表面耐磨、平整，并具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁， 如HT200 、HT250、 HT300 ，硬度为170227HBS。,95,2.压盘,温升校核,压盘的厚度初步确定后，应进行离合器一次接合的温升校核。,t：压盘温升（），一般不超过810 ;m：压盘质量（kg）；c：压盘的比热容，铸铁：c=481.4J/（kg ）；：传到压盘的热量所占的比例，单片离合器： =0.5， 双片离合器： =0.25，中间压盘： =0.5；W：摩擦功（J）。,96,3.传动片,离合器接合时，离合器盖通过传动片来驱动压盘共同旋转；分离时，又可利用传动片的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。,传动片常用34组，每组23片，每片厚度为0.51.0mm，一般由65Mn制成。,4.分离杠杆装置,设计要求,分离杠杆支承机构与压盘的驱动机构在运动上不发生干涉。,分离杠杆应具有较大的弯曲刚度。,分离杠杆内端高度应能调整。,97,设计要求,分离杠杆的支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承，以减小 摩擦和损失。,分离杠杆主要由08低碳钢冲压和35等中碳钢锻造成型（锻件硬度为131156HBS）。,应避免在高速转动时因分离杠杆的离心力作用降低压紧力。,为了提高通风散热能力，可将分离杠杆制成特殊的叶轮形状。,材料,5.支承环,支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性要好。支承环一般采用3.04.0mm的碳素弹簧钢丝。,98,三、分离轴承总成,分离轴承总成由分离轴承和分离套筒等组成。,99,内蒙古工业大学能动学院交通运输系,100,本章作业,1.简答题：P77：2-3、2-4、2-5,2. 计算题： 某乘用车发动机的最大转矩Temax=155Nm，若采用铁基粉末冶金摩擦材料做摩擦片的单片离合器。已知：从动片外径D= 210mm，从动片内径 d = 134mm，摩擦系数f =0.40，摩擦面单位压力p0=0.16N/mm2，试验算该车离合器的后备系数是否满足要求。,