【課件】汽車設(shè)計(jì)第二章離合器設(shè)計(jì)

1、第2章 離合器設(shè)計(jì)2.1 概述 現(xiàn)代汽車一般都以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力，其傳動(dòng)系中離合器處于首端，它具有如下基本功用： (1) 在汽車起步時(shí)，通過離合器主動(dòng)部分(與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連)和從動(dòng)部分(與變速器第一軸相接)之間的滑磨，轉(zhuǎn)速逐漸接近，使旋轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)和原為靜止的傳動(dòng)系平穩(wěn)地接合。 (2) 當(dāng)變速器換擋時(shí)，通過離合器主、從動(dòng)部分的迅速分離來(lái)切斷動(dòng)力傳遞，以減輕換擋時(shí)輪齒間的沖擊，便于換擋。 (3) 當(dāng)傳給離合器的轉(zhuǎn)矩超過其所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩(即離合器的最大摩擦力矩)時(shí)，其主、從動(dòng)部分將產(chǎn)生滑磨。這樣，離合器就起著防止傳動(dòng)系過載的作用。2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式 離合器按轉(zhuǎn)遞轉(zhuǎn)矩的方式不同，可分為摩擦式、

2、液力式、電磁式和綜合式四種，其中摩擦式離合器應(yīng)用最為廣泛。2.2.1 從動(dòng)盤數(shù)的選擇1. 單片離合器 單片離合器只有一個(gè)從動(dòng)盤 ，單片離合器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，散熱良好，軸向尺寸緊湊，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能夠保證分離徹底 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.1 從動(dòng)盤數(shù)的選擇2. 雙片離合器 雙片離合器有兩個(gè)從動(dòng)盤，與單片離合器相比，由于摩擦面數(shù)增多，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大，且接合更加平順、柔和，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸較小，踏板力也較小。2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.1 從動(dòng)盤數(shù)的選擇3. 多片離合器 多片離合器有兩個(gè)以上從動(dòng)盤，多為濕式，接合平順柔和，由于在油中

3、工作，摩擦表面溫度低、磨損小，使用壽命長(zhǎng)。但是分離行程大，分離不徹底 ，軸向尺寸和質(zhì)量較大，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也很大 。2.2.2 壓緊彈簧的形式及布置1. 周置彈簧離合器 周置彈簧離合器的壓緊彈簧采用圓柱螺旋彈簧并均勻布置在一個(gè)圓周上 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.2 壓緊彈簧的形式及布置2. 中央彈簧離合器 中央彈簧離合器采用1-2個(gè)圓柱螺旋彈簧或用一個(gè)圓錐螺旋彈簧作為壓緊彈簧，并且布置在離合器的中心，壓緊彈簧與從動(dòng)盤的軸線相同。3. 斜置彈簧離合器 斜置彈簧離合器是用在重型汽車上的一種新結(jié)構(gòu)形式，彈簧的軸線與離合器的軸線成一個(gè)夾角 。4. 膜片彈簧離合器 膜片彈簧是一種由彈簧鋼制成的具有

4、特殊結(jié)構(gòu)的碟形彈簧，主要由碟簧部分和分離指部分組成。 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.2 壓緊彈簧的形式及布置 膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比具有如下一系列優(yōu)點(diǎn)： (1) 膜片彈簧具有較理想的非線性特性2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.2 壓緊彈簧的形式及布置 (2) 膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量小。 (3) 高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低的程度較周置圓柱彈簧離合器明顯減小，所以摩擦力矩降低很少，性能穩(wěn)定。 (4) 膜片彈簧以整個(gè)圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻。 (5) 易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)。 (6)

5、 膜片彈簧中心線與離合器中心線重合，平衡性好。2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.3 膜片彈簧的支承形式 推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承環(huán)數(shù)目不同分為三種。 推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式 推式膜片彈簧單支承環(huán)形式 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.3 膜片彈簧的支承形式 推式膜片彈簧無(wú)支承環(huán)形式 拉式膜片彈簧支承環(huán)形式 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.4 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 壓盤是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)它和飛輪一同帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它應(yīng)與飛輪連接在一起，但這種連接應(yīng)允許壓盤在離合器分離過程中能自由地作軸向移動(dòng)。 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式主要有凸塊窗孔式、傳力銷式、鍵塊式和彈性傳動(dòng)片式等多種。2.2.5 分

6、離杠桿和分離軸承 在周置彈簧離合器中一般采用36個(gè)分離杠桿(簡(jiǎn)稱分離桿)；在膜片彈簧離合器中，分離杠桿的作用由膜片彈簧本身形成的彈性杠桿來(lái)完成；在中央彈簧離合器中則只有彈性壓桿而沒有分離杠桿；在斜置彈簧離合器中也只有壓桿。2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.6 離合器的散熱通風(fēng) 在離合器分離和接合過程中，由于摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱。如果不解決好通風(fēng)散熱問題，會(huì)使壓盤溫度過高，導(dǎo)致摩擦片過度磨損。 改善離合器散熱通風(fēng)的結(jié)構(gòu)措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋或鼓風(fēng)筋；在離合器蓋上開較大的通風(fēng)孔；在離合器外殼上設(shè)通風(fēng)窗；在雙盤離合器的中間壓盤內(nèi)鑄出通風(fēng)槽；在離合器外殼內(nèi)裝一導(dǎo)流罩，加強(qiáng)通風(fēng)。2.2.7 從動(dòng)盤 從動(dòng)盤

7、由摩擦片、從動(dòng)鋼片、減振器和花鍵等組成。 2.2 離合器的結(jié)構(gòu)形式2.2.7 從動(dòng)盤 摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：摩擦系數(shù)較穩(wěn)定；足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性；磨合性好；密度??；有利于接合平順；長(zhǎng)期停放，摩擦表面不發(fā)生“粘合”。 摩擦片與從動(dòng)片的連接方式有鉚接和粘結(jié)兩種。2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.1 摩擦離合器轉(zhuǎn)矩 摩擦離合器是靠存在于主、從動(dòng)部分摩擦表面間的摩擦力矩來(lái)傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的。離合器的靜摩擦力矩為 設(shè)為摩擦面承受的單位壓力，且壓力分布均勻，則單元摩擦面積上產(chǎn)生的單元摩擦力矩為 整個(gè)摩擦面上產(chǎn)生的摩擦力矩為2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.1 摩擦離合器轉(zhuǎn)矩 摩擦面承受的單位壓

8、力為 對(duì)于具有個(gè)摩擦面的離合器，其摩擦力矩為 帶入 得 可以得到摩擦片平均摩擦半徑為 當(dāng)時(shí) ，可由下式相當(dāng)準(zhǔn)確地計(jì)算2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.1 摩擦離合器轉(zhuǎn)矩 為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即2.3.2 后備系數(shù) 后備系數(shù)是離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。 2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.3 單位壓力 單位壓力決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。 摩擦片單位壓力的取

9、值范圍 2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.4 摩擦片外徑、內(nèi)徑和厚度 當(dāng)離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料已選定，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩已知，可估算出摩擦片外徑： 摩擦片外徑也可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按如下經(jīng)驗(yàn)公式選取： 直徑系數(shù)的取值范圍 2.3 離合器基本參數(shù)的選擇2.3.5 摩擦因數(shù)、摩擦面數(shù)和離合器間隙 摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。 離合器間隙是指離合器處于正常接合狀態(tài)，分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙，該間隙一般為3-4mm。 2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.1

10、圓柱螺旋彈簧 在周置彈簧離合器中，設(shè)彈簧數(shù)為 ，每個(gè)彈簧的工作壓力為 彈簧的工作應(yīng)力為 選好旋繞比 ，計(jì)算出 ，再選好工作壓力，則有 彈簧工作圈數(shù)可根據(jù)剛度條件和 、 確定2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.2 圓錐螺旋彈簧1. 圓錐螺旋彈簧的特性計(jì)算 (1) 第一圈觸合前( )彈簧的變形 (mm)為 (2) 第一圈觸合時(shí)作用在彈簧上的力為 (3) 第一圈觸合時(shí)( )彈簧的變形為 (4) 各圈完全觸合時(shí)的極限力為2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.2 圓錐螺旋彈簧 (5) 作用力為 時(shí)彈簧的變形為2. 圓錐螺旋彈簧的強(qiáng)度計(jì)算矩形斷面的圓錐螺旋彈簧受力變形時(shí)，其斷面將發(fā)生翹曲，截面長(zhǎng)邊中點(diǎn)的剪應(yīng)力為

11、最大剪應(yīng)力 (MPa) 矩形截面圓錐螺旋彈簧的應(yīng)力 、變形 及剛度 的算法如下2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧1. 膜片彈簧的載荷與變形之間的關(guān)系 通過支撐環(huán)和壓盤施加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假想集中在加載點(diǎn)上，用 表示，加載點(diǎn)之間的相對(duì)軸向變形為 。壓緊力與變形之間的關(guān)系式為2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 在分離與壓緊兩種狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，其子午斷面從自由狀態(tài)也轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角 ，便有如下的對(duì)應(yīng)關(guān)系(a) 自由狀態(tài) (b) 壓緊狀態(tài) (c) 分離狀態(tài) 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時(shí)的變形 2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 在此假

12、定是 一個(gè)小角度，上式實(shí)際上是一個(gè)杠桿關(guān)系。所以 膜片彈簧的變形可以是由 引起，也可以是由 引起。當(dāng)滿足如下關(guān)系時(shí)，由兩者引起的膜片彈簧變形是相同的。2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 設(shè) 是從離合器接合狀態(tài)算起的膜片彈簧與壓盤接觸點(diǎn)的變形量，則根據(jù)杠桿關(guān)系有2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 應(yīng)該指出， 不包括分離指在載荷作用下所產(chǎn)生的彈性體變形 。如果考慮這種彈性體變形，分離軸承的總移動(dòng)行程 為2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧2. 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算 斷面上任意點(diǎn)(x，y)的切向應(yīng)力為2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 分析表明，膜片彈簧的

13、碟簧部分B點(diǎn)處的切向壓應(yīng)力最大。把B點(diǎn)的坐標(biāo) 和 代入前式，則得到B點(diǎn)的切向壓應(yīng)力 令 ，可以求出切向壓應(yīng)力 達(dá)到極大值時(shí)的轉(zhuǎn)角2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)，在分離軸承推力作用下還受有彎曲應(yīng)力 ，其表達(dá)式 根據(jù)最大剪應(yīng)力理論，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力 3. 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 (1) 比值 和板厚 的選擇。2.4 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 (2) 比值 和 、 的選擇。研究表明， 越大，彈簧材料利用率越低，彈簧越硬，彈性特性曲線受直徑誤差的影響越大，且應(yīng)力越高。 (3) 的選擇。膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐底角 與內(nèi)截錐高度關(guān)系密切 2.4 離合器

14、的設(shè)計(jì)與計(jì)算2.4.3 膜片彈簧 (4) 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。膜片彈簧的工作點(diǎn)為B，一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，一般 (5) 分離指數(shù)的選取。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸彈簧可取12。 (6) 膜片彈簧小端半徑 ，及分離軸承作用半徑 的確定。 由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。 應(yīng)大于 。 (7) 切槽寬度 、 及半徑。 mm， mm，的取值應(yīng)滿足 的要求。 (8) 壓盤加載半徑 和支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑 的確定。2.5 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì) 扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛

15、度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階(通常為三階)固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振。1. 扭轉(zhuǎn)減振器極限轉(zhuǎn)矩 減振器在消除了限位銷與從動(dòng)盤轂缺口之間的間隙 時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。一般可取2.5 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)2. 扭轉(zhuǎn)減振器角剛度 為了避免引起傳動(dòng)系統(tǒng)的共振，要合理選擇減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度 ，使共振現(xiàn)象不發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)常用的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。 設(shè)減振彈簧分布在半徑為 的圓周上，當(dāng)從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂轉(zhuǎn)過 (rad)時(shí)，彈簧相應(yīng)變形量為 。此時(shí)所需加在從動(dòng)片上的轉(zhuǎn)矩為 根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度的定義， ，則 設(shè)計(jì)時(shí)，可按經(jīng)驗(yàn)初選為2.5 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)

16、3. 扭轉(zhuǎn)減振器阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩 由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效的消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩。一般可按下式初選為4. 預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。5. 減振彈簧的位置半徑2.5 扭轉(zhuǎn)減震器設(shè)計(jì)6. 減振彈簧個(gè)數(shù)7. 減振彈簧總壓力 當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙 或 被消除，減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值 時(shí)，減振彈簧受到的壓力為：8. 極限轉(zhuǎn)角 減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 增大到極限轉(zhuǎn)矩 時(shí)，從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的極限轉(zhuǎn)角為2.6 雙質(zhì)量飛輪 汽車傳動(dòng)系通常會(huì)有一兩個(gè)固有頻率(一般為2-3階)落在發(fā)動(dòng)機(jī)常用轉(zhuǎn)速范圍之內(nèi)

17、，這是引起變速器噪聲和車內(nèi)噪聲的主要原因。研究表明，要降低這兩階容易造成傳動(dòng)系共振的固有頻率，只有在變速器和離合器之間增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。要做到在變速器和離合器之間增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，最好的也是唯一的辦法，是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上把原先裝在離合器從動(dòng)盤上的扭轉(zhuǎn)減振器移至飛輪處，把飛輪分成兩部分，這就是雙質(zhì)量飛輪我理論依據(jù)。 第1質(zhì)量飛輪和第2質(zhì)量飛輪。第1質(zhì)量飛輪直接裝在曲軸上，起原來(lái)飛輪的作用；第2質(zhì)量飛輪獨(dú)立于第1質(zhì)量飛輪，這兩者之間裝有大容量扭矩的扭轉(zhuǎn)減振器，通過該扭轉(zhuǎn)減振器將第l質(zhì)量飛輪和第2質(zhì)量飛輪相聯(lián)系，第2質(zhì)量飛輪起附加質(zhì)量的作用。 2.6 雙質(zhì)量飛輪2.6 雙質(zhì)量飛輪 對(duì)比裝有普通扭轉(zhuǎn)減振器及雙質(zhì)量飛輪傳動(dòng)系統(tǒng)可得雙質(zhì)量飛輪的優(yōu)點(diǎn)： (1) 防止變速器在怠速乃至在汽車整個(gè)行駛速度范圍(驅(qū)動(dòng)模式和滑行模式)出現(xiàn)齒輪噪聲。 (2) 雙質(zhì)量飛輪相當(dāng)于一個(gè)機(jī)械低通濾波器，改善了隔振效果，這樣就可以在變速器中采用低黏度的齒輪油而不會(huì)有齒輪噪聲。 (3) 改善車內(nèi)的噪聲水平。 2.7 離合器的操縱機(jī)構(gòu)2.7.1 設(shè)計(jì)要求 離合器的操縱比較頻繁，除自動(dòng)離合器外，離合器都是由司機(jī)左腳踩踏板操縱。為減輕駕駛員的疲勞，要求踏板力盡可能小。此外，操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率要高