離合器設(shè)計(jì)專(zhuān)題知識(shí)專(zhuān)業(yè)知識(shí)講座

第二章離合器設(shè)計(jì)

本章主要學(xué)習(xí)：（1）汽車(chē)離合器設(shè)計(jì)的基本要求；（2）各種形式汽車(chē)離合器的特點(diǎn)及應(yīng)用；（3）離合器基本參數(shù)的選擇及優(yōu)化；（4）膜片彈簧主要參數(shù)的選擇及優(yōu)化；（5）扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)；（6）離合器的操縱。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義1車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第二章離合器設(shè)計(jì)

第一節(jié)概述

第二節(jié)離合器的結(jié)構(gòu)方案分析

第三節(jié)離合器主要參數(shù)的選擇

第四節(jié)離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

第五節(jié)扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)

第六節(jié)離合器的操縱機(jī)構(gòu)

第七節(jié)離合器的結(jié)構(gòu)元件汽車(chē)設(shè)計(jì)講義2車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第一節(jié)概述離合器的功用？離合器的基本組成部件有哪些？1.復(fù)習(xí)內(nèi)容：汽車(chē)設(shè)計(jì)講義3車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

離合器的主要功能是切斷和實(shí)現(xiàn)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞。主要作用：(1)汽車(chē)起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車(chē)平穩(wěn)起步；(2)在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；(3)限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系各零件因過(guò)載而損壞；(4)有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義4車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著摩擦離合器基本組成

摩擦離合器主要由主動(dòng)部分（發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪、離合器蓋和壓盤(pán)等）、從動(dòng)部分（從動(dòng)盤(pán)）、壓緊機(jī)構(gòu)（壓緊彈簧）和操縱機(jī)構(gòu)（分離叉、分離軸承、離合器踏板及傳動(dòng)部件等）四部分組成。主、從動(dòng)部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳遞動(dòng)力的基本結(jié)構(gòu)。操縱機(jī)構(gòu)是使離合器主、從動(dòng)部分分離的裝置。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義5車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著汽車(chē)離合器設(shè)計(jì)的基本要求1）在任何行駛條件下，能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。

2）接合時(shí)平順柔和，保證汽車(chē)起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。

3）分離時(shí)要迅速、徹底。

4）從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊。

5）有良好的吸熱能力和通風(fēng)散熱效果，保證離合器的使用壽命。

6）避免傳動(dòng)系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊的能力。

7）操縱輕便、準(zhǔn)確。

8）作用在從動(dòng)盤(pán)上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過(guò)程中變化要盡可能小，保證有穩(wěn)定的工作性能。

9）應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡。10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義6車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第1節(jié)結(jié)束汽車(chē)設(shè)計(jì)講義7車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第二節(jié)離合器的結(jié)構(gòu)方案分析

汽車(chē)離合器多采用盤(pán)形摩擦離合器。按其從動(dòng)盤(pán)的數(shù)目單片雙片多片根據(jù)壓緊彈簧布置形式圓周布置中央布置斜向布置等根據(jù)使用的壓緊彈簧形式圓柱螺旋彈簧圓錐螺旋彈簧膜片彈簧離合器根據(jù)分離時(shí)所受作用力的方向拉式推式汽車(chē)設(shè)計(jì)講義8車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著摩擦離合器的工作原理汽車(chē)設(shè)計(jì)講義9車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著周布彈簧離合器汽車(chē)設(shè)計(jì)講義10車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著中央壓緊彈簧汽車(chē)設(shè)計(jì)講義11車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著周布彈簧離合器汽車(chē)設(shè)計(jì)講義12車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著離合器蓋汽車(chē)設(shè)計(jì)講義13車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著離合器從動(dòng)部分從動(dòng)盤(pán)組件從動(dòng)盤(pán)本體（鋼片）從動(dòng)盤(pán)轂扭轉(zhuǎn)減震器汽車(chē)設(shè)計(jì)講義14車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著從動(dòng)盤(pán)及扭轉(zhuǎn)減振器飛輪離合器殼（飛輪殼）壓盤(pán)及離合器蓋膜片彈簧分離軸承變速器輸入軸汽車(chē)設(shè)計(jì)講義15車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著1．從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇

單片離合器（圖2-1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。圖2-1單片離合器

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義16車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著對(duì)轎車(chē)和輕型、微型貨車(chē)而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不大，在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動(dòng)盤(pán)。雙片離合器與單片離合器相比，由于摩擦面數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義17車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

雙片離合器（圖2-2）傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大，徑向尺寸較小，踏板力較小，接合較為平順。但中間壓盤(pán)通風(fēng)散熱不良，分離也不夠徹底。圖2-2雙片離合器

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義18車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

多片離合器多為濕式，它有分離不徹底、軸向尺寸和質(zhì)量較大等缺點(diǎn)，主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。它具有接合平順柔和、摩擦表面溫度較低、磨損較小，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于重型牽引車(chē)和自卸車(chē)上。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義19車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2．壓緊彈簧和布置形式的選擇

周置彈簧離合器的壓緊彈簧采用圓柱螺旋彈簧，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，因此應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)速很高時(shí)，周置彈簧由于受離心力作用而向外彎曲，使離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力隨之降低。

中央彈簧離合器的壓緊彈簧，布置在離合器的中心。可選較大的杠桿比，有利于減小踏板力。通過(guò)調(diào)整墊片或螺紋容易實(shí)現(xiàn)對(duì)壓緊力的調(diào)整，多用于重型汽車(chē)上。

斜置彈簧離合器的顯著優(yōu)點(diǎn)是摩擦片磨損或分離離合器時(shí)，壓盤(pán)所受的壓緊力幾乎保持不變。具有工作性能穩(wěn)定、踏板力較小的突出優(yōu)點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)在重型汽車(chē)上已有采用。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義20車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著膜片彈簧離合器（圖2-3）的優(yōu)點(diǎn)：圖2-3膜片彈簧離合器1）膜片彈簧具有較理想的非線(xiàn)性特性；2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量?。?）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；4）壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻；5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；6）平衡性好；

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義21車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著汽車(chē)設(shè)計(jì)講義22車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對(duì)材質(zhì)和尺寸精度要求高。近年來(lái)，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧離合器不僅在轎車(chē)上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車(chē)以及客車(chē)上也被廣泛采用。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義23車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著汽車(chē)設(shè)計(jì)講義24車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3．膜片彈簧支承形式

圖2-5推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式推式膜片彈簧支承結(jié)構(gòu)按支承數(shù)目不同分為三種：汽車(chē)設(shè)計(jì)講義25車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著圖2-6推式膜片彈簧單支承環(huán)形式

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義26車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著圖2-7推式膜片彈簧無(wú)支承環(huán)形式

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義27車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著圖2-8拉式膜片彈簧支承形式

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義28車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著拉式膜片彈簧離合器（圖2-4）具有如下特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更??；2）膜片彈簧的直徑較大，提高了傳遞轉(zhuǎn)矩的能力；3）離合器蓋的變形量小，分離效率高；4）杠桿比大，傳動(dòng)效率較高，踏板操縱輕便。5）在支承環(huán)磨損后不會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪聲。6）使用壽命更長(zhǎng)。拉式膜片彈簧需專(zhuān)門(mén)的分離軸承，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝和拆卸較困難，且分離行程略比推式大些。但由于拉式膜片彈簧離合器綜合性能優(yōu)越，它已經(jīng)得以應(yīng)用。圖2-4拉式膜片彈簧離合器

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義29車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著5壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式主要有凸塊-窗孔式、銷(xiāo)釘式、鍵塊式和傳動(dòng)片式多種。前三種的共同缺點(diǎn)是在連接鍵之間都有間隙，在驅(qū)動(dòng)中將產(chǎn)生沖擊和噪聲，而且在零件相對(duì)滑動(dòng)中有摩擦和磨損，降低了離合器傳動(dòng)效率。

傳動(dòng)片式是近年來(lái)廣泛采用的結(jié)構(gòu)。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義30車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第2節(jié)結(jié)束汽車(chē)設(shè)計(jì)講義31車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第三節(jié)離合器主要參數(shù)的選擇

離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可表示為

假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有

摩擦片的平均摩擦半徑Rc根據(jù)壓力均勻的假設(shè)，可表示為

（2-3）當(dāng)d/D≥0.6時(shí)，Rc可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計(jì)算

將式（2-2）與式（2-3）代入式（2-1）得（2-1）（2-2）（2-4）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義32車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

摩擦片正面

摩擦片背面式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.53～0.70之間。（2-5）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義33車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.53～0.70之間。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)Tc應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即

Tc=βTemax

（2-6）式中，Temax為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。β為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，β必須大于1。（2-5）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義34車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著離合器基本參數(shù)的選擇

基本參數(shù)主要有性能參數(shù)β和p0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度b。1．后備系數(shù)β后備系數(shù)β是離合器一個(gè)重要設(shè)計(jì)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。在選擇β時(shí)，應(yīng)保證離合器應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、要防止離合器滑磨過(guò)大、要能防止傳動(dòng)系過(guò)載。因此，在選擇β時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：1）為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，β不宜選取太小；2）為減少傳動(dòng)系過(guò)載，保證操縱輕便，β又不宜選取太大；3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，β可選取小些；汽車(chē)設(shè)計(jì)講義35車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著4）當(dāng)使用條件惡劣，為提高起步能力、減少離合器滑磨，β應(yīng)選取大些；5）汽車(chē)總質(zhì)量越大，β也應(yīng)選得越大；6）柴油機(jī)工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的β值應(yīng)比汽油機(jī)大些；7）發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，β可選取小些；8）膜片彈簧離合器選取的β值可比螺旋彈簧離合器小些；9）雙片離合器的β值應(yīng)大于單片離合器。

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義36車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著車(chē)型β輕貨車(chē)、轎車(chē)1.20~1.75中、重、載貨車(chē)1.5~2.25越野車(chē)、牽引車(chē)1.8~4.0汽車(chē)設(shè)計(jì)講義37車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2．單位壓力p0單位壓力p0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)后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，p0應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，p0應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大p0。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義38車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3．摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度在離合器結(jié)構(gòu)形式及摩擦片材料選定、其他參數(shù)已知或選取后，結(jié)合式（2-1）和式（2-5）即可估算出摩擦片尺寸。摩擦片外徑D（mm）也可根據(jù)如下經(jīng)驗(yàn)公式選用

（2-7）

式中：KD為直徑系數(shù)，轎車(chē)：KD=14.5；輕、中型貨車(chē)：?jiǎn)纹琄D=16.0～18.5，雙片KD=13.5～15.0；重型貨車(chē)：KD=22.5～24.0。摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義39車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第3節(jié)結(jié)束汽車(chē)設(shè)計(jì)講義40車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第四節(jié)離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

一、離合器基本參數(shù)的優(yōu)化

1設(shè)計(jì)變量后備系數(shù)β取決于離合器工作壓力F和離合器的主要尺寸參數(shù)D和d。單位壓力p0也取決于F和D及d。因此，離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)變量選為

X=[x1x2x3]T=[F

D

d]T

2目標(biāo)函數(shù)離合器基本參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)追求的目標(biāo)是在保證離合器性能要求條件下，使其結(jié)構(gòu)尺寸盡可能小，即目標(biāo)函數(shù)為汽車(chē)設(shè)計(jì)講義41車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3約束條件1)摩擦片的外徑D(mm)的選取應(yīng)使最大圓周速度υD不超過(guò)65～70m／s，即（2－7）2)摩擦片的內(nèi)外徑比c應(yīng)在0.53～0.70范圍內(nèi)，即

0.53≤c≤0.70

3)為保證離合器可靠傳遞轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過(guò)載，不同車(chē)型的β值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍β為1.2～4.0，即

1.2≤β≤4.0

4)為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2Ro約50mm，即

d>2Ro+50

5)為反映離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過(guò)載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義42車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3約束條件汽車(chē)設(shè)計(jì)講義43車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3約束條件6)為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，單位壓力p0對(duì)于不同車(chē)型，根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，最大范圍p0為0.10～1.50MPa，即

0.10MPa≤p0≤1.50MPa7)為了減少汽車(chē)起步過(guò)程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即

（2－9）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義44車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著W為汽車(chē)起步時(shí)離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(W)，可根據(jù)下式計(jì)算

（2－10）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義45車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著二、膜片彈簧的載荷變形特性注：可以略去不講汽車(chē)設(shè)計(jì)講義46車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著汽車(chē)設(shè)計(jì)講義47車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著三、膜片彈簧的強(qiáng)度校核問(wèn)題：試著對(duì)膜片彈簧受力分析并進(jìn)行強(qiáng)度校核？圖２-９膜片彈簧的主要參數(shù)注：可以略去不講汽車(chē)設(shè)計(jì)講義48車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著膜片彈簧1.膜片彈簧載荷變形特性膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使得離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，質(zhì)量減小，并縮短了離合器的軸向尺寸；由于膜片彈簧與壓盤(pán)以整個(gè)圓周接觸，是壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻；膜片彈簧所具有的非線(xiàn)性特性勝過(guò)螺旋彈簧汽車(chē)設(shè)計(jì)講義49車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2.彈簧特性計(jì)算公式

H—內(nèi)截錐高度E—彈性模量E=21×104N/mm2泊松比μ=0.3汽車(chē)設(shè)計(jì)講義50車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著四、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇

膜片彈簧的主要參數(shù)：膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度H；膜片彈簧鋼板厚度h；自由狀態(tài)下碟簧部分大端半徑R；自由狀態(tài)下碟簧部分小端半徑r；自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的圓錐底角α；分離指數(shù)目n等，見(jiàn)圖２－９。圖２-９膜片彈簧的主要參數(shù)汽車(chē)設(shè)計(jì)講義51車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著1.比值H／h和h的選擇H/h對(duì)膜片彈簧彈性特性的影響

比值H／h對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大。由右圖可知，當(dāng)H／h<時(shí)，F(xiàn)1=?(λ1)為增函數(shù)；H／h=時(shí)，F(xiàn)1=?(λ1)有一極值，該極值點(diǎn)恰為拐點(diǎn)；H／h>時(shí)，F(xiàn)1=?(λ1)有一極大值和一極小值；當(dāng)H／h=2時(shí)，F(xiàn)1=?(λ1)的極小值落在橫坐標(biāo)上。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車(chē)離合器膜片彈簧的H/h一般為1.6—2.2，板厚為2—4mm.汽車(chē)設(shè)計(jì)講義52車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2.比值R／r和R、r的選擇根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R／r一般為1.20～1.35。為使摩擦片上壓力分布較均勻，推式膜片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑Rc，拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc。3.α的選擇膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐底角α與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，α=arctanH／(R—r)≈H／(R—r)。一般在9°～15°范圍內(nèi)。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義53車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著4.膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇膜片彈簧的彈性特性曲線(xiàn)，如圖2-11所。該曲線(xiàn)的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而且λ1H=(λ1M+λ1N)／2。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H之間，且靠近或在H點(diǎn)處，一般λ1B=(0.8～1.0)λ1H，以保證摩擦片在最大磨損限度△λ范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)應(yīng)盡量靠近N點(diǎn)。圖2-12膜片彈簧的彈性特性曲線(xiàn)汽車(chē)設(shè)計(jì)講義54車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著5、的選取6、膜片彈簧小端內(nèi)半徑ro及分離軸承作用半徑rf的確定。ro有離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。rf應(yīng)大于ro7、切槽寬度、及半徑re的確定。re的取值應(yīng)滿(mǎn)足的要求。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義55車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著8、壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r1的確定R1和r1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1應(yīng)略大于r且盡量接近r，R1應(yīng)略大于R且盡量接近R。五、膜片彈簧材料及制造工藝（參考課本）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義56車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著六、膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)

通過(guò)優(yōu)化確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其載荷變形特性滿(mǎn)足離合器的使用性能要求，而且彈簧強(qiáng)度也滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，以達(dá)到最佳的綜合效果。1.目標(biāo)函數(shù)關(guān)于膜片彈簧優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)函數(shù)主要有以下幾種：1)彈簧工作時(shí)的最大應(yīng)力為最小。2)從動(dòng)盤(pán)摩擦片磨損前后彈簧壓緊力之差的絕對(duì)值為最小。3)在分離行程中，駕駛員作用在分離軸承裝置上的分離操縱力平均值為最小。4)在摩擦片磨損極限范圍內(nèi)，彈簧壓緊力變化的絕對(duì)值的平均值為最小。5)選3)和4)兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)為雙目標(biāo)。選取5)作為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)分配不同權(quán)重來(lái)協(xié)調(diào)它們之間的矛盾，并用轉(zhuǎn)換函數(shù)將兩個(gè)目標(biāo)合成一個(gè)目標(biāo)，構(gòu)成統(tǒng)一的總目標(biāo)函數(shù)。式中，ω1和ω2分別為兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)?(x1)和?(x2)的加權(quán)因子，視設(shè)計(jì)要求選定。（2-21）汽車(chē)設(shè)計(jì)講義57車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著X=[x1x2x3x4x5x6x7]T=[HhRrR1r1λ1B]T

(2-22)從膜片彈簧載荷變形特性公式(2—11)可以看出，應(yīng)選取H、h、R、r、R1、r1這六個(gè)尺寸參數(shù)以及在接合工作點(diǎn)相應(yīng)于彈簧工作壓緊力F1B的大端變形量λ1B(圖2—12)為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，即圖2-12膜片彈簧的彈性特性曲線(xiàn)2.設(shè)計(jì)變量

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義58車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3.約束條件

1)應(yīng)保證所設(shè)計(jì)的彈簧工作壓緊力F1B與要求壓緊力FY相等，即F1B=FY

2)為了保證各工作點(diǎn)A、B、C有較合適的位置(A點(diǎn)在凸點(diǎn)M左邊，B點(diǎn)在拐點(diǎn)H附近，C點(diǎn)在凹點(diǎn)N附近，如圖2-12所示)，應(yīng)正確選擇λ1B相對(duì)于拐點(diǎn)λ1H的位置，一般λ1B／λ1H=0.8～1.0，即

(2-23)

3)為了保證摩擦片磨損后仍能可靠地傳遞轉(zhuǎn)矩，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力F1A應(yīng)大于或等于新摩擦片時(shí)的壓緊力F1B，即F1A≥F1B

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義59車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著

4)為了滿(mǎn)足離合器使用性能的要求，彈簧的H／h與初始底錐角α≈H／(R-r)應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即

1.6≤H／h≤2.29°≤α≈H／(R-r)≤15°

5)彈簧各部分有關(guān)尺寸比值應(yīng)符合一定的范圍，即1.20≤R／r≤1.3570≤2R／h≤1003.5≤R／r0≤5.0

(2-24)6)為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑R1(或拉式膜片彈簧的壓盤(pán)加載點(diǎn)半徑r1)應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即

推式：(D+d)／4≤R1≤D／2

拉式：(D+d)／4≤r1≤D／2汽車(chē)設(shè)計(jì)講義60車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著7)根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置的要求，R1與R、r1與r、rf與r0之差應(yīng)在一定范圍，即1≤R1-R≤7；0≤r1-r≤6；0≤rf-r0≤48)膜片彈簧的杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即推式：2.3≤(r1-rf)／(R1-r1)≤4.5

拉式：3.5≤(R1-rf)／(R1-r1)≤9.09)為了保證避免彈簧力衰減要求，彈簧在工作過(guò)程中B點(diǎn)的最大壓應(yīng)力σrBmax應(yīng)不超過(guò)其許用值，即σrBmax≤[σrB]汽車(chē)設(shè)計(jì)講義61車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著10)彈簧在工作過(guò)程中A＇點(diǎn)(或A點(diǎn))的最大拉應(yīng)力σtA'max(或σtAmax)應(yīng)不超過(guò)其相應(yīng)許用值，即

σtA'max≤[σtA']或σtAmax≤[σtA]11)由主要尺寸參數(shù)H、h、R和r制造誤差引起的彈簧壓緊力的相對(duì)偏差不超過(guò)某一范圍，即≤0.05(2-25)

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義62車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著12)由離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的相對(duì)偏差也不得超過(guò)某一范圍，即

≤0.05(2-26)

式中，ΔF1B為離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的偏差值。

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義63車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第4節(jié)結(jié)束汽車(chē)設(shè)計(jì)講義64車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第五節(jié)扭轉(zhuǎn)減振器的設(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)剛度，改變系統(tǒng)的固有振型，盡可能避開(kāi)由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義65車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。2）增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振。3）控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振與噪聲。4）緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷和改善離合器的接合平順性。

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義66車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著扭轉(zhuǎn)減振器線(xiàn)性和非線(xiàn)性特性

扭轉(zhuǎn)減振器具有線(xiàn)性和非線(xiàn)性特性?xún)煞N形式。單級(jí)線(xiàn)性減振器的扭轉(zhuǎn)特性如圖2-13所示，其彈性元件一般采用圓柱螺旋彈簧，廣泛應(yīng)用于汽油機(jī)汽車(chē)中。圖2-13單級(jí)線(xiàn)性減振器的扭轉(zhuǎn)特性汽車(chē)設(shè)計(jì)講義67車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)為柴油機(jī)時(shí)，怠速時(shí)引起變速器常嚙合齒輪齒間的敲擊，從而產(chǎn)生怠速噪聲。在扭轉(zhuǎn)減振器中另設(shè)置一組剛度較小的彈簧，使其在怠速工況下起作用，以消除變速器怠速噪聲，此時(shí)可得到兩級(jí)非線(xiàn)性特性，第一級(jí)的剛度很小，稱(chēng)為怠速級(jí)，第二級(jí)的剛度較大。目前，在柴油機(jī)汽車(chē)中廣泛采用具有怠速級(jí)的兩級(jí)或三級(jí)非線(xiàn)性扭轉(zhuǎn)減振器。三級(jí)非線(xiàn)性減振器的扭轉(zhuǎn)特性如圖2-14所示。

圖2-14三級(jí)非線(xiàn)性減振器的扭轉(zhuǎn)特性汽車(chē)設(shè)計(jì)講義68車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著減振器的主要參數(shù)減振器的扭轉(zhuǎn)剛度kφ和阻尼摩擦元件間的摩擦轉(zhuǎn)矩Tμ是兩個(gè)主要參數(shù)。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩TJ、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn和極限轉(zhuǎn)角等φJ(rèn)。1極限轉(zhuǎn)矩TJ極限轉(zhuǎn)矩為減振器在消除限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂缺口之間的間隙Δ1(圖2-15)時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，一般可取

TJ=(1.5～2.0)Temax

(2-27)

圖2-15減振器尺寸簡(jiǎn)圖

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義69車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2扭轉(zhuǎn)剛度kφkφ決定于減振彈簧的線(xiàn)剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸。設(shè)減振彈簧分布在半徑為Ro的圓周上，當(dāng)從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂轉(zhuǎn)過(guò)φ弧度時(shí)，彈簧相應(yīng)變形量為Roφ。此時(shí)所需加在從動(dòng)片上的轉(zhuǎn)矩為T(mén)=1000KZj(2-28)

根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度的定義kφ=T／φ，則減振器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計(jì)時(shí)可按經(jīng)驗(yàn)來(lái)初選kφ

kφ≤13Tj(2-30)kφ=1000KZj

(2-29)圖2-15減振器尺寸簡(jiǎn)圖

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義70車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tμ為了在發(fā)動(dòng)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tμ。一般可按下式初選

Tμ=(0.06～0.17)Temax(2-31)4預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，Tn增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動(dòng)，這是有利的。但是Tn不應(yīng)大于Tμ，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作，故取

Tn=(0.05～0.15)Temax(2-32)汽車(chē)設(shè)計(jì)講義71車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著5減振彈簧的位置半徑RoRo的尺寸應(yīng)盡可能大些，如圖2-15所示，一般取

Ro=(0.60～0.75)d/2

(2-33)

6減振彈簧個(gè)數(shù)Zj減振彈簧個(gè)數(shù)參照表2—2的選取摩擦片外徑D／mm

225~250250~325325~350>350

Zj

4~66~88~10>10圖2-157減振彈簧總壓力F∑當(dāng)限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂之間的間隙Δ1或Δ2被消除，減振彈簧傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值TJ時(shí)，減振彈簧受到的壓力F∑為

F∑=Tj/Ro(2-34)汽車(chē)設(shè)計(jì)講義72車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著8極限轉(zhuǎn)角

減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩增加到極限轉(zhuǎn)矩時(shí)，從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的極限轉(zhuǎn)角為(2-27)

式中，為減振彈簧的工作變形量。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義73車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著目前從動(dòng)盤(pán)減振器在特性上存在如下局限性：1)通用的從動(dòng)盤(pán)減振器不能使傳動(dòng)系振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率降低到怠速轉(zhuǎn)速以下，因此不能避免怠速轉(zhuǎn)速時(shí)的共振。2)它在發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)速1000～2000r／min范圍內(nèi)，難以通過(guò)降低減振彈簧剛度得到更大的減振效果。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義74車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著雙質(zhì)量飛輪的減振器雙質(zhì)量飛輪減振器具有以下優(yōu)點(diǎn)1)可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率，以避免在怠速轉(zhuǎn)速時(shí)的共振。2)可以加大減振彈簧的位置半徑，降低減振彈簧剛度K，并允許增大轉(zhuǎn)角。圖2-16雙質(zhì)量飛輪減振器

1一第一飛輪2一第二飛輪3一離合器蓋總成4一從動(dòng)盤(pán)5一球軸承6一短軸7一滾針軸承8一曲軸凸緣9一聯(lián)結(jié)盤(pán)10一螺釘11一扭轉(zhuǎn)減振器注：可以不講，學(xué)生自學(xué)汽車(chē)設(shè)計(jì)講義75車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3)由于雙質(zhì)量飛輪減振器的減振效果較好，在變速器中可采用粘度較低的齒輪油而不致產(chǎn)生齒輪沖擊噪聲。由于從動(dòng)盤(pán)沒(méi)有減振器，可以減小從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這也有利于換擋。

但由于減振彈簧位置半徑較大，高速時(shí)受到較大離心力的作用，使減振彈簧中段橫向翹曲而鼓出，與彈簧座接觸產(chǎn)生摩擦，使彈簧磨損嚴(yán)重，甚至引起早期損壞。

雙質(zhì)量飛輪減振器主要是用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置后輪驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩變化大的柴油汽車(chē)中汽車(chē)設(shè)計(jì)講義76車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第5節(jié)結(jié)束汽車(chē)設(shè)計(jì)講義77車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著第六節(jié)離合器的操縱機(jī)構(gòu)

1．對(duì)操縱機(jī)構(gòu)的要求1）踏板力要小，轎車(chē)：80～150N，貨車(chē)：<150～200N。2）踏板行程在一定的范圍內(nèi)，轎車(chē)：80～150mm，貨車(chē)：<180mm。3）摩擦片磨損后，踏板行程應(yīng)能調(diào)整復(fù)原。4）有對(duì)踏板行程進(jìn)行限位的裝置，防止操縱機(jī)構(gòu)因受力過(guò)大而損壞。5）應(yīng)具有足夠的剛度。6）傳動(dòng)效率要高。7）發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)及車(chē)架和駕駛室的變形不會(huì)影響其正常工作。

汽車(chē)設(shè)計(jì)講義78車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著2．操縱機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式選擇常用的離合器操縱機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式、液壓式等。機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)有桿系和繩索兩種形式。桿系傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，被廣泛應(yīng)用。但其質(zhì)量大，機(jī)械效率低，在遠(yuǎn)距離操縱時(shí)布置較困難。繩索傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可克服上述缺點(diǎn)，且可采用吊掛式踏板結(jié)構(gòu)。但其壽命較短，機(jī)械效率仍不高。多用于輕型轎車(chē)中。液壓式操縱機(jī)構(gòu)主要由主缸、工作缸和管路等部分組成，具有傳動(dòng)效率高、質(zhì)量小、布置方便、便于采用吊掛踏板、駕駛室容易密封、駕駛室和車(chē)架變形不會(huì)影響其正常工作、離合器接合較柔和等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于各種形式的汽車(chē)中。汽車(chē)設(shè)計(jì)講義79車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著3．離合器操縱機(jī)構(gòu)的主要計(jì)算

踏板行程S由自由行程S1和工作行程S2兩部分組成：圖2-17液壓式操縱機(jī)構(gòu)示意

式中，S0f為分離軸承自由行程，一般為1.5～3.0mm，反映到踏板上的自由行程S1一般為0～30mm；d1、d2分別為主缸和工作缸的直徑；Z為摩擦面面數(shù)；△S為離合器分離時(shí)對(duì)偶摩擦面間的間隙，單片：△S=0.85～1.30mm，雙片：△S=0.75～0.90mm。a1、a2、b1、b2、c1、c2為杠桿尺寸（圖2-17）。(2-28)大圖汽車(chē)設(shè)計(jì)講義80車(chē)輛工程教研室時(shí)培成編著