傳動系概述-離合器

第二章離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計第二章離合器結(jié)構(gòu)與設(shè)計

本章主要學(xué)習(xí)：（1）汽車離合器功用與工作原理（2）汽車離合器設(shè)計的基本要求；（2）各種形式汽車離合器的特點(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)減振器的結(jié)構(gòu)與設(shè)計；（6）離合器的操縱。第一節(jié)概述

切斷和實(shí)現(xiàn)對傳動系的動力傳遞，以保證汽車起步時將發(fā)動機(jī)與傳動系平順地結(jié)合，確保汽車平穩(wěn)起步。

1、保證汽車平穩(wěn)起步

2、保證換檔時工作平穩(wěn)

在換擋時將發(fā)動機(jī)與傳動系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊。

3、防止傳動系過載

在工作中受到大的動載荷時，能限制傳動系所受的最大轉(zhuǎn)矩，防止傳動系各零件因過載而損壞。

一、離合器的功用：有效地降低傳動系中的振動和噪聲主要通過扭轉(zhuǎn)減震器的作用幾種工況下離合器的工作特點(diǎn)來說明離合器的作用a.起步工況離合器處于結(jié)合狀態(tài)處于最小穩(wěn)定轉(zhuǎn)速離合器處于脫開狀態(tài)離合器逐漸進(jìn)入結(jié)合狀態(tài)離合器處于結(jié)合狀態(tài)變速箱置于空檔啟動發(fā)動機(jī)到怠速狀態(tài)踩離合器掛1檔逐漸放開離合器踏板踩加速踏板完成起步如果沒有離合器直接掛1檔汽車從靜止到向前沖產(chǎn)生瞬間的沖擊發(fā)動機(jī)處于最小穩(wěn)定速度以下熄火離合器的功用：1.保證汽車起步平穩(wěn)幾種工況下離合器的工作特點(diǎn)b.換檔工況離合器處于結(jié)合狀態(tài)可以達(dá)到同步離合器處于脫開狀態(tài)離合器逐漸進(jìn)入結(jié)合狀態(tài)離合器處于結(jié)合狀態(tài)X檔行駛踩離合器換檔逐漸放開離合器踏板換檔完成直接掛檔產(chǎn)生很大的沖擊損壞傳動元件如果沒有離合器離合器的功用：2.保證換檔工作平順幾種工況下離合器的工作特點(diǎn)c.緊急制動工況離合器處于結(jié)合狀態(tài)離合器打滑X檔行駛緊急制動主動盤與從動盤之間的力達(dá)到極限防止系統(tǒng)過載發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速急劇降低產(chǎn)生很大慣性力矩過大的載荷，影響傳動元件壽命或損壞傳動元件如果沒有離合器離合器的功用：3.防止傳動系統(tǒng)過載

主動部分：飛輪、離合器蓋、壓盤從動部分：摩擦盤、從動軸壓緊機(jī)構(gòu)：壓緊彈簧分離機(jī)構(gòu)：踏板、連桿、分離叉、分離杠桿基本結(jié)構(gòu)：二、摩擦式離合器的結(jié)構(gòu)及工作原理：1、主動部分組成：飛輪、離合器蓋、壓盤離合器蓋壓盤飛輪

2、從動部分：從動盤、從動軸

從動盤從動軸從動盤轂從動盤本體摩擦片摩擦片減振器盤

3、壓緊機(jī)構(gòu)：壓緊彈簧

壓緊彈簧從動軸

4、分離機(jī)構(gòu)：踏板、連桿、分離叉、分離套筒、分離杠桿分離杠桿踏板連桿分離叉轉(zhuǎn)軸（裝配圖）從動盤從動軸摩擦式離合器工作原理：松開離合，保持動力傳遞；踩下離合，中斷動力傳遞。從動盤從動軸三、離合器結(jié)合過程與滑磨功計算處理方法：分析計算法：將滑磨過程理想化，分析的清楚，但是僅反應(yīng)一般情況；圖解法：在分析計算法的基礎(chǔ)上，考慮了發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的變化等非線性因素的影響，由于求解困難，只能用圖解方法代替分析計算；統(tǒng)計試驗分析法：考慮實(shí)際使用情況，但麻煩。分析計算法的假設(shè)：1、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和離合器摩擦力矩Tc在整個過程中不變；2、汽車在平直良好路面起步，道路阻力Tψ變化不大；3、忽略汽車起步前的滑磨（值?。?。對主動件有Te-Tc-Jedwe/dt=0；從動件有Tc-Tψ-Jadwc/dt=0滑磨功為最后的滑磨功為：在平直良好路面Tψ很小，起步時Tc和Te相等，那么可變?yōu)檫@表示汽車起步時有一半的能量變成了熱量被散失掉了，實(shí)際的滑磨功比這要大。雖然如此，還是基本反應(yīng)了汽車結(jié)構(gòu)參數(shù)對滑磨功的影響。加大車重、增大輪胎半徑會增加滑磨功，而用低檔減小滑磨功。圖解法計算分析法是在Tc和Te不變的情況下得到的，但實(shí)際情況是非線性的，這樣不易求解，故有圖解法在右圖中，首先在左上方畫出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩變化曲線MN（發(fā)動機(jī)外特性曲線），右上方畫出離合器摩擦力矩變化曲線OK和阻力曲線EF，利用OK、EF和Te-Tc-Jedwe/dt=0；Tc-Tψ-Jadwc/dt=0即可得到主從動件的角速度變化曲線。方法如下時間t為坐標(biāo)橫軸，將其等分成若干等份并作垂直于橫軸的垂線，選定起步時發(fā)動機(jī)角速度w0（D點(diǎn)），在左邊MN曲線找到相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Te0，此時的Tc=0，得到dwe/dt=Te1/Je。從D點(diǎn)開始，以Te1/Je為斜率做斜線與垂直線相交，得到交點(diǎn)G，得到新的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和該時刻的Te2、Tc2，同樣得出新的斜率并做出斜線與垂直線相交。反復(fù)進(jìn)行可得到發(fā)動機(jī)角速度變化曲線。同樣也得到從動件的角速度變化曲線。其差值為ws=we-wc

滑磨功該方法可以分析離合器的結(jié)合速度、后備系數(shù)、傳動系傳動比等參數(shù)。統(tǒng)計試驗法汽車每次起步情況不同，但是大量的使用可以通過統(tǒng)計來獲得適當(dāng)?shù)男问叫阅堋？傮w來說有這樣的四種情況：一般使用條件離合器快速結(jié)合離合器平緩結(jié)合艱苦使用條件具體可見徐石安、江發(fā)潮《汽車離合器》清華大學(xué)出版社，2005年四、汽車離合器設(shè)計的基本要求

1）在任何行駛條件下，能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。

2）接合時平順柔和，保證汽車起步時沒有抖動和沖擊。

3）分離時要迅速、徹底。

4）從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，減輕換擋時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）避免傳動系產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)共振，具有吸收振動、緩和沖擊的能力。

7）操縱輕便、準(zhǔn)確。

8）作用在從動盤上的壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在使用過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)度和良好的動平衡。10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單、緊湊，制造工藝性好，維修、調(diào)整方便等。第二節(jié)離合器工作原理、結(jié)構(gòu)與分析車用離合器的分類周布彈簧離合器

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，應(yīng)用較為廣泛缺點(diǎn)：受離心力產(chǎn)生嚴(yán)重變形，彈簧易受熱退火特點(diǎn)：彈簧壓緊力是通過杠桿放大后作用于壓盤上,

可選擇剛度較小的彈簧特點(diǎn)：摩擦片磨損后，彈簧壓緊力基本不變特點(diǎn)：膜片彈簧具有非線性的特點(diǎn)中央彈簧離合器膜片彈簧離合器斜置彈簧離合器：

根據(jù)壓緊彈簧的類型分：

主動部分：飛輪、壓盤、離合器蓋{離合器蓋與壓盤間由傳動銷連接}

從動部分：從動盤、從動軸

壓緊機(jī)構(gòu)：周布螺旋彈簧分離套筒、分離杠桿、踏板、拉桿、分離叉。2、工作原理：安裝完畢即處于接合狀態(tài)；踩下離合，處于分離狀態(tài)。3、扭矩傳遞：飛輪（經(jīng)固定螺釘）→離合器蓋→壓盤=>從動盤（或摩擦盤）

=>從動盤轂=>從動軸=>變速器

分離機(jī)構(gòu)：

1、結(jié)構(gòu)：

見下頁一、周布彈簧單片離合器：東風(fēng)EQ1090E型汽車采用周布螺旋彈簧、單片離合器

摩擦片從動軸4、離合器結(jié)構(gòu)上的特殊問題：①分離杠桿的運(yùn)動干涉：為避免運(yùn)動干涉，在分離杠桿的支點(diǎn)采用浮動銷支點(diǎn)。②分離軸承的自由行程：分離杠桿內(nèi)端與分離軸承內(nèi)端應(yīng)留一定量的間隙。

△=3～4mm③踏板自由行程：司機(jī)踩下踏板后，先要消除間隙△，然后才開始分離離合器。

L=35～45mm④踏板自由行程的調(diào)整：擰動分離拉桿上的螺母，以調(diào)整拉桿的有效長度，

從而調(diào)整△。⑤分離杠桿的調(diào)平：把分離杠桿調(diào)至與飛輪端面平行的同一平面，

保證離合器分離徹底。摩擦片：在徑向開有切口，并在離合器蓋上沖壓有窗孔進(jìn)行通風(fēng)散熱。

壓緊彈簧：

a：壓盤上裝彈簧處做成凸起的肋條，以減少壓盤對彈簧傳熱。

b：在壓盤與彈簧間裝有隔熱墊片⑥散熱：二.周布彈簧雙片離合器：（主要用于一些大型載重車上，增大扭矩傳遞）

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：比單片離合器多一中間壓盤，兩壓盤通過銷釘與飛輪連接，以傳遞發(fā)動機(jī)的扭矩。

從動盤1

飛輪中間壓盤1從動盤1、2

從動軸

變速器中間壓盤2從動盤2

離合器的分離過程：扭矩傳遞：三、斜置彈簧離合器：

∴F1值基本保持不變=>離合器工作性能穩(wěn)定?！邆髁ΡP裝在分離套筒上，分離套筒松套在從動軸上撤除壓緊杠桿的壓緊力，使壓盤與從動盤脫離接觸。

支點(diǎn)分離F2F1F1×(L1+L2)=F2×L2F2>

F1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：彈簧軸線與離合器軸線有一傾角，作用在傳力盤（2）的全部壓緊彈簧力的軸向分力之和通過壓緊杠桿放大后再施加于壓盤，該結(jié)構(gòu)對壓緊彈簧的剛度要求可降低些。還能自調(diào)壓緊力。接合時由于摩擦片磨損壓盤前移Q↓，α↓→cosα↑=>F1=Q×

cosα壓緊力：F1=Q×

cosα(Q彈力)分離時，分離叉（4）通過分離軸承（3）、分離套筒（5）將傳力盤（2）向右拉。扭矩傳遞：

四、中央彈簧離合器（雙片）

1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：只有一個位于中央的壓緊彈簧，其壓緊力經(jīng)杠桿系放大后作用在壓盤上，可采用剛度較小的彈簧。摩擦片1

飛輪

中間壓盤

摩擦片1、2

從動軸

蓋壓盤摩擦片2

支點(diǎn)壓緊杠桿分離拉桿壓緊杠桿分離L2L1F2F1F1

×

L1=F2×L2

∵L2<L1∴F2>F11,3-平頭鉚釘2-傳動片4-支承環(huán)5-膜片彈簧6-支承鉚釘7-離合器壓盤8-離合器蓋

膜片彈簧式離合器特點(diǎn)：用彈簧鋼板制成的帶有錐度的膜片彈簧

作為壓緊彈簧。五、膜片彈簧離合器徑向切槽外端圓孔，可防止應(yīng)力集中。彈性杠桿材料：優(yōu)質(zhì)彈簧鋼板

形狀：碟狀膜片彈簧離合器所用的壓緊彈簧，是用薄彈簧鋼板制成的帶有錐度的膜片彈簧。兼起壓緊彈簧及分離杠桿的作用，使結(jié)構(gòu)簡化。膜片彈簧兩側(cè)有鋼絲支承圈，借固定鉚釘將其安裝在離合器蓋上。膜片彈簧支承鉚釘

飛輪離合器蓋壓盤膜片彈簧鋼絲支承圈分離力彈性恢復(fù)力1、工作原理：膜片彈簧工作過程：從動盤膜片彈簧飛輪離合器蓋壓盤離合器踏板從動軸滾珠軸承

2、膜片彈簧的彈性特點(diǎn)：具有非線性的彈性特點(diǎn)。（彈性特性曲線如圖）

1——螺旋彈簧

2——膜片彈簧接合處分離力彈性恢復(fù)力彈簧壓縮變形量3、膜片彈簧結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：

缺點(diǎn)：制造工藝及尺寸精度要求嚴(yán)格使生產(chǎn)工藝復(fù)雜。

分離力彈性恢復(fù)力

1）彈簧壓緊力在摩擦片允許磨損的范圍內(nèi)基本不變2）結(jié)構(gòu)簡單，軸向尺寸小，零件數(shù)目少3）操縱輕便，省力4）高速旋轉(zhuǎn)時性能較穩(wěn)定5）壓力分布均勻，摩擦片磨損均勻6）散熱通風(fēng)好，使用壽命長7）平衡性好8）有利于批量生產(chǎn)，降低制造成本接合處5、拉式膜片彈簧離合器優(yōu)缺點(diǎn):(與推式膜片彈簧離合器比較)推式膜片彈簧離合器1）取消了中間支承各零件，結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊。2）可采用較大膜片彈簧，提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力。3）離合器蓋結(jié)構(gòu)變形量小，剛度大。4）中間支承少，摩擦損失少，傳動效率高，使踏板操縱更輕便5）使用壽命更長。

優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：1）需專門的分離軸承，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，安裝與拆卸較困難。2）分離行程較大。

拉式膜片彈簧離合器根據(jù)分離杠桿內(nèi)端受推力或拉力分：4、膜片彈簧的結(jié)構(gòu)形式：推式膜片彈簧離合器：拉式膜片彈簧離合器：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

（2-1）假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有

（2-2）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，Rc可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計算

（2-4）將式（2-2）與式（2-3）代入式（2-1）得：

（2-5）

為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計時Tc應(yīng)大于發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩

Tc=βTemax

式中，Temax為發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩β為離合器的后備系數(shù)

β定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，β必須大于1。一、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ρ0，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是離合器一個重要設(shè)計參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時，應(yīng)保證離合器應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩；要防止離合器滑磨過大；要能防止傳動系過載。1）為可靠傳遞發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，β不宜選取太?。?）為減少傳動系過載，保證操縱輕便，β又不宜選取太大；3）當(dāng)發(fā)動機(jī)后備功率較大、使用條件較好時，β可選取小些；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；在選擇β時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：5）汽車總質(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)動機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，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。2．單位壓力ρ0

單位壓力ρ0對離合器工作性能和使用壽命有很大影響；選取時應(yīng)考慮離合器的工作條件，發(fā)動機(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)動機(jī)后備系數(shù)較小時，ρ0應(yīng)取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，ρ0應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時，可適當(dāng)增大ρ0

。

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)驗公式選用

（2-7）

式中：KD為直徑系數(shù)，轎車：KD=14.5；輕、中型貨車：單片KD=16.0～18.5，雙片KD=13.5～15.0；重型貨車：KD=22.5～24.0。

摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。

二、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)時碟簧部分的圓錐底角α；分離指數(shù)目n等，見圖２－９。圖２-９膜片彈簧的主要參數(shù)1.比值H／h和h的選擇

比值H／h對膜片彈簧的彈性特性影響極大。由圖２-１０可知當(dāng)H／h<

時，F(xiàn)1=?(λ1)為增函數(shù)；H／h=時，F(xiàn)1=?(λ1)有一極值，該極值點(diǎn)恰為拐點(diǎn)；H／h>時，F(xiàn)1=?(λ1)有一極大值和一極小值；當(dāng)H／h=2

時，F(xiàn)1=?(λ1)的極小值落在橫坐標(biāo)上。H/h對膜片彈簧彈性特性的影響第一版推薦在1.7-2.0；第二版推薦在1.5-2.0,第三版推薦在1.6-2.2；《汽車工程手冊》設(shè)計篇推薦的常用范圍在1.7-2.0,一般范圍在1.6-2.2。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Rc3.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)。圖2-11膜片彈簧的彈性特性曲線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，如圖2-11所示。該曲線的拐點(diǎn)H對應(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，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，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2-11膜片彈簧的彈性特性曲線第四節(jié)離合器參數(shù)的優(yōu)化計算一、離合器基本參數(shù)的優(yōu)化

1設(shè)計變量后備系數(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65～70m／s，即（2－8）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，并防止傳動系過載，不同車型的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

（2－9）3約束條件6)

為降低離合器滑磨時的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，單位壓力p0對于不同車型，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)

為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(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（2－10

）

W為汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(W)，可根據(jù)下式計算

（2－11）二、膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計

通過確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其載荷變形特性滿足離合器的使用性能要求，而且彈簧強(qiáng)度也滿足設(shè)計要求。1.目標(biāo)函數(shù)關(guān)于膜片彈簧優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)主要有以下幾種：1)彈簧工作時的最大應(yīng)力為最小。2)從動盤摩擦片磨損前后彈簧壓緊力之差的絕對值為最小。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值的平均值為最小。5)選3)和4)兩個目標(biāo)函數(shù)為雙目標(biāo)。選取5)作為目標(biāo)函數(shù)，通過兩個目標(biāo)函數(shù)分配不同權(quán)重來協(xié)調(diào)它們之間的矛盾，并用轉(zhuǎn)換函數(shù)將兩個目標(biāo)合成一個目標(biāo)，構(gòu)成統(tǒng)一的總目標(biāo)函數(shù)。式中，ω1和ω2分別為兩個目標(biāo)函數(shù)?(x1)和?(x2)的加權(quán)因子，視設(shè)計要求選定。2.設(shè)計變量

通過支承和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F1集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對軸向變形為λl(圖2—12b)，則有關(guān)系式膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形

a)自由狀態(tài)

b)壓緊狀態(tài)

C)分離狀態(tài)

從中可以看出，應(yīng)選取H、h、R、r、R1、r1這六個尺寸參數(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—11)為優(yōu)化設(shè)計變量，即X=[x1x2x3x4x5x6x7]T=[HhRrR1r1λ1B]T3.約束條件

1)

應(yīng)保證所設(shè)計的彈簧工作壓緊力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2-11所示)，應(yīng)正確選擇λ1B相對于拐點(diǎn)λ1H的位置，一般λ1B／λ1H=0.8～1.0，即

(2-15)

3)

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的壓緊力F1B，即

F1A≥F1B

4)為了滿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／A≤1003.5≤R／r0≤5.0

(2-16)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加載點(diǎn)半徑R1(或拉式膜片彈簧的壓盤加載點(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／27)

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≤70≤r1-r≤60≤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)

彈簧在工作過程中B點(diǎn)的最大壓應(yīng)力σrBmax應(yīng)不超過其許用值，即σrBmax≤[σrB]10)

彈簧在工作過程中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偏差不超過某一范圍，即≤0.05

(2-17)

12)

由離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的相對偏差也不得超過某一范圍，即

≤0.05

(2-18)

式中，ΔF1B為離合器裝配誤差引起的彈簧壓緊力的偏差值。

第五節(jié)離合器零件的結(jié)構(gòu)選型和計算一．從動盤從動盤數(shù)的選擇單片離合器結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動部分轉(zhuǎn)動慣量小，在使用時能保證分離徹底、接合平順。

雙片離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大，徑向尺寸較小，踏板力較小，接合較為平順。但中間壓盤通風(fēng)散熱不良，分離也不夠徹底。多片離合器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，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。

從動部分轉(zhuǎn)動慣量散熱性分離性結(jié)合平順性軸向尺寸傳遞轉(zhuǎn)矩結(jié)構(gòu)踏板力應(yīng)用單盤小好徹底不夠平順小小簡單大轎車、微輕貨雙盤中較差不夠徹底平順較長較大較復(fù)雜較小中重貨多盤大好不徹底平順長大復(fù)雜小牽引、自卸從動盤總成設(shè)計要求從動盤轉(zhuǎn)動慣量盡量?。〒Q擋快，沖擊小）具有軸向彈性（平穩(wěn)起步，摩片壓力更均勻）裝有扭轉(zhuǎn)減振器（避免扭轉(zhuǎn)共振和沖擊）有足夠的康爆裂強(qiáng)度從動片設(shè)計的慣量小，常用1.3-2.0mm厚的鋼板沖制，有時將外緣磨成0.65-1mm，使質(zhì)量更集中到旋轉(zhuǎn)中心；做成有軸向彈性的結(jié)構(gòu)

開T形槽，將外緣部分割成許多扇形，向不同方向彎曲，使有軸向彈性。切槽有6-12個整體式優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，但是難以保證每片的剛度一樣，為消除該缺點(diǎn)，常將從動片與波形彈簧分開制作，然后將從動片和波形彈簧鉚接。因由同一模具沖制而成，故剛度一致。同時這種結(jié)構(gòu)從動盤也容易得到慣量小的從動盤，通過使得從動片和波形彈簧不同剛度實(shí)現(xiàn)。前兩種適合于轎車，但是容易造成靠近飛輪一側(cè)分離不徹底，影響掛擋，因此裝配制造要求高。貨車用組合式從動片。在靠近壓盤一側(cè)有波形彈簧，摩擦片鉚在波形彈簧上，靠近飛輪一側(cè)沒有波形彈簧，摩擦片直接鉚接在從動片上。雖然慣量大了，但是對于要求剛度高、外形穩(wěn)定的大型從動片來說，可以忍受。直徑在380mm下的仍可用前兩種。波形彈簧的壓縮行程0.8-1.1mm，不少于0.6mm從動盤轂：我國離合器基本用SAE標(biāo)準(zhǔn)，由盤轂和法蘭組成，二者成一體，或是分開制作裝配（節(jié)省材料）。盤轂長度一般取花鍵外徑大小，工作條件艱難可取更長。摩擦材料要求：工作時摩擦系數(shù)高且穩(wěn)定；短時間內(nèi)吸收相對高的能量，耐磨性好；能承受高的壓盤壓力，不抖動；抵抗高速時大離心力載荷；有足夠的抗剪切能力；慣量小，材料好加工；正常工作條件下和壓盤、飛輪有良好的兼容摩擦性能；好的性價比，不污染環(huán)境。挑選材料的基本原則：滿足較高性能、成本小、考慮替代石棉。材料有：石棉基摩擦材料、替代石棉的有機(jī)摩擦材料、金屬陶瓷摩擦材料二、壓盤與離合器蓋壓盤：包括傳力方式選擇和尺寸確定兩個方面壓盤是離合器的主動部分，是靠飛輪將動力傳遞過來，同時還要允許壓盤有軸向移動。壓盤傳力方式：凸塊-窗孔式傳力銷式鍵式（鍵槽-指銷式、鍵齒式）傳力片式雙盤離合器一般采用組合式，中間壓盤采用鍵式鏈接，壓盤通過凸塊-窗孔式，也有采用傳力銷式的。但是前三種方法的共同缺點(diǎn)是：傳力處有間隙，接觸的一瞬間有沖擊，隨著磨損的加大而加大，可能造成零件的早期損壞。傳力片式則改善這種情況，同時還簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)。壓盤的結(jié)構(gòu)除與傳力方式有關(guān)，還與壓緊和分離方式有關(guān)：如采用周布圓柱螺旋彈簧時，壓盤應(yīng)鑄有圓柱形凸臺作為彈簧座，而采用膜片彈簧或中央彈簧的，則在壓盤上鑄有一圈凸起以供支撐膜片彈簧或彈性壓桿之用。壓盤尺寸：有足夠容量吸收熱量，有較大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)壓盤有筋（散熱、鼓風(fēng)），中間壓盤有通風(fēng)槽。離合器蓋：是傳力部件，也是壓緊彈簧和分離桿的支撐殼體，設(shè)計時要注意：剛度問題：剛度不夠可能造成變形，降低操縱效率，甚至使得分離不徹底，造成磨損，換擋困難。轎車3-5mm低碳鋼板沖壓成；重型車常采用鑄鐵的離合器蓋，可使成本降低，剛度增加。通風(fēng)散熱問題：開有通風(fēng)孔，條件允許盡量大些。對中性問題：良好的對中，動平衡問題。三、離合器分離裝置包含分離桿、分離軸承和分離套筒。

a為BJ212用的分離結(jié)構(gòu)，加工量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜

b為重型車上的結(jié)構(gòu)，分離桿鍛制，鉸鏈處采用滾針軸承，摩擦損失小、傳動效率高，調(diào)整螺母在離合器蓋上，調(diào)整方便。

c為CA10B采用，分離桿沖壓成，簡單、調(diào)整方便，但支撐處接觸面積小，易磨損，磨損后發(fā)出響聲。

d為中小汽車采用的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)和支撐簡單，磨損小、調(diào)整方便。分離桿設(shè)計注意問題：分離桿足夠剛度：設(shè)計的都有加強(qiáng)筋鉸接處注意運(yùn)動干涉問題分離桿內(nèi)端高度應(yīng)該可調(diào)，以使每個分離桿的受力均衡，不致使壓盤歪斜，造成分離不徹底或結(jié)合過程抖動。鉸接處采用滾針軸承或刀口支撐，以減小磨損和提高效率。分離軸承：主要承受軸向力。在分離離合器時由于旋轉(zhuǎn)還承受徑向力（離心力）。在離合器接合狀態(tài)時，分離軸承端面和分離桿端面之間留有3-4mm間隙，一保證磨損后可靠傳遞轉(zhuǎn)矩，使得踏板有自由行程。如有間隙自調(diào)裝置，可不留間隙。軸承現(xiàn)在多采用角接觸式的徑向推力球軸承，做成全密封，并采取措施使使用壽命更長且免維護(hù)。壽命計算的說明。四．壓緊彈簧和布置形式的選擇

（1）

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)簡單、制造容易，因此應(yīng)用較為廣泛。當(dāng)發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)速很高時，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。彈簧布置在一個同心圓

（2）

中央彈簧離合器的壓緊彈簧，布置在離合器的中心?？蛇x較大的杠桿比，有利于減小踏板力。通過調(diào)整墊片或螺紋容易實(shí)現(xiàn)對壓緊力的調(diào)整，多用于重型汽車上。（3）、斜置彈簧離合器具有工作性能穩(wěn)定、踏板力較小，比一般布置型式減少35％的突出優(yōu)點(diǎn)。此結(jié)構(gòu)在重型汽車上已有采用。原因：離合器分離時，彈簧被壓縮，則F↑，但α↑后，cosα↓，使得Fα

基本不變αFFα

（4）、膜片彈簧離合器膜片彈簧徑向切槽外端圓孔，可防止應(yīng)力集中。彈性杠桿ABCC/

F1

λ1

（4）、膜片彈簧離合器優(yōu)點(diǎn)：

（1）有較理想的非線性特性，彈簧壓力在襯片磨損范圍內(nèi)基本不變（2）兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，，零件數(shù)目少，質(zhì)量小3）高速旋轉(zhuǎn)時，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；6）平衡性好；7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。

缺點(diǎn)：膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對材質(zhì)和尺寸精度要求高。

近年來，膜片彈簧離合器不僅在轎車上被大量采用，而且在輕、中、重型貨車以及客車上也被廣泛采用。

圖2-3膜片彈簧離合器工作原理從動盤分離結(jié)合狀態(tài)膜片彈簧支承形式

圖2-5推式膜片彈簧雙支承環(huán)形式圖2-6推式膜片彈簧單支承環(huán)形式

圖2-7推式膜片彈簧無支承環(huán)形式

圖2-8拉式膜片彈簧支承形式

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，傳動效率較高，踏板操縱輕便。5）在支承環(huán)磨損后不會產(chǎn)生沖擊和噪聲。6）使用壽命更長。拉式膜片彈簧需專門的分離軸承，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

各種彈簧的計算見徐石安等《汽車離合器》清華大學(xué)出版社第六節(jié)扭轉(zhuǎn)減振器設(shè)計扭轉(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系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，改變系統(tǒng)的固有振型，盡可能避開由發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵引起的共振。阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動能量。

扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：1）降低發(fā)動機(jī)曲軸與傳動系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動系扭振固有頻率。2）增加傳動系扭振阻尼，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）控制動力傳動系總成怠速時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)定工況下傳動系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷和改善離合器的接合平順性。

從動盤和扭轉(zhuǎn)減振器從動盤的結(jié)構(gòu)和組成從動盤的組成：從動盤本體；摩擦片；從動盤轂。注意：從動盤應(yīng)該具有軸向彈性扭轉(zhuǎn)減振器工作原理摩擦片轉(zhuǎn)動，從動盤轂沒有轉(zhuǎn)動時，彈簧被壓縮扭轉(zhuǎn)減振器線性和非線性特性

扭轉(zhuǎn)減振器具有線性和非線性特性兩種形式。單級線性減振器的扭轉(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)汽車中。圖2-13單級線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性扭轉(zhuǎn)減振器線性和非線性特性

當(dāng)發(fā)動機(jī)為柴油機(jī)時，怠速時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。得到兩級非線性特性，第一級的剛度很小，稱為怠速級，第二級的剛度較大。三級非線性減振器的扭轉(zhuǎn)特性減振器的主要參數(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是兩個主要參數(shù)。其設(shè)計參數(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)

。圖2-15減振器尺寸簡圖

1極限轉(zhuǎn)矩TJ

極限轉(zhuǎn)矩為減振器在消除限位銷與從動盤轂缺口之間的間隙Δ1(圖2-15)時所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，一般可取

TJ=(1.5～2.0)Temax實(shí)驗表明：TJ與汽車驅(qū)動輪最大附著力矩Tφmax相等,傳動系的動載荷最小，若TJ<Tφmax會有沖擊，TJ

>Tφmax則增大減振器的角剛度，增大傳動系載荷?？砂聪率竭x擇：圖2-15減振器尺寸簡圖

2扭轉(zhuǎn)剛度kφkφ決定于減振彈簧的線剛度及其結(jié)構(gòu)布置尺寸。根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度的定義kφ=T／φ

，T為加在從動片的轉(zhuǎn)矩Φ為從動片相對從動盤轂轉(zhuǎn)過的角度則減振器扭轉(zhuǎn)剛度設(shè)計時可按經(jīng)驗來初選kφ

：kφ≤13TJ3阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩Tμ

為了在發(fā)動工作轉(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=(0.10~0.15)

Temax4預(yù)緊轉(zhuǎn)矩Tn

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

Tn=(0.05～0.15)Temax

5減振彈簧的位置半徑RoRo的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取

Ro=(0.60～0.75)d/26減振彈簧個數(shù)Zj摩擦片外徑D／mm

225~250250~325325~350>350

Zj

4~66~88~10>107減振彈簧總壓力F∑

當(dāng)限位銷與從動盤轂之間的間隙Δ1或Δ2被消除，減振彈簧傳遞轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值TJ時，減振彈簧受到的壓力F∑為

F∑=TJ/Ro

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，從動片相對從動盤轂的極限轉(zhuǎn)角為通常為3°-4.5°，多級變剛度歲級數(shù)增加，最大有的達(dá)到12°。雙質(zhì)量飛輪設(shè)計原理通用的扭轉(zhuǎn)減振器無法使發(fā)動機(jī)-變速器系統(tǒng)的固有頻率降至怠速轉(zhuǎn)速下，不能避免怠速共振；在發(fā)動機(jī)實(shí)用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)ne=1000-2000r/min