第二章 离合器设计本章主要学习：（1）汽车离合器设计的基本要求；（2）各种形式汽车离合器的特点及应用；（3）离合器基本参数的选择及优化； （4）膜片弹簧主要参数的选择及优化； （5）扭转减振器的设计； （6）离合器的操纵。概述一、离合器功用离合器的主要功能是切断和实现对传动系 的动力传递。主要作用： 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。二、离合器设计基本要求(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、离合器组成摩擦离合器主要由 1.主动部分：飞轮、离合器盖和压盘等组成2.从动部分：从动盘3.压紧机构（压紧弹簧）4.操纵机构（分离叉、分离轴承、离合器踏板、传动部件等四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构。操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。摩擦片减振器盘扭振减振弹簧从动片轮毂膜片弹簧离合器的结构方案分析(摩擦式）按其从动 盘的数目单片 双片 多片根据压紧弹簧 布置形式圆周布置 中央布置 斜向布置等根据使用的 压紧弹簧形式圆柱螺旋弹簧 圆锥螺旋弹簧 膜片弹簧离合器根据分离时所受 作用力的方向拉式 推式一、从动盘数选择1.单片离合器（图2-1）结构简 单，尺寸紧凑，散热良好，维 修调整方便，从动 部分转动惯 量小，在使用 时能保证分离彻 底、接合平顺。2.双片离合器（图2-2）传递转矩的能力较大，径向尺寸较小，踏 板力较小，接合较为平顺。但中 间压盘通风散热不良，分离也不 够彻底。3.多片离合器主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小，使用寿命长等优点，主要应用于重型 牵引车和自卸车上。 图2-1图2-2二、压紧弹簧和布置形式的选择1.周置弹簧离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结 构简单、制造容易，因此应用较 为广泛。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。见图2-12.中央弹簧离合器的压紧弹簧，布置在离合器的中心。可 选较大的杠杆比，有利于减小 踏板力。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。3.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。此结构在重型汽车上已有采用。 缺点：膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高。近年来，膜片弹簧离 合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛 采用。4.膜片弹簧离合器优点： （1）膜片弹簧具有较理想的非线 性特性； （2）结构简单，轴向尺寸小，零 件数目少，质量小； （3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定； （4）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀； （5）易于实现良好的通风散热， 使用寿命长； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生产，降低制造成本。图 2-3膜片弹簧的工作示意三、膜片弹簧的支承形式膜片弹簧的支撑有：双支承、单支承、无支承。在讲述支撑前，先看膜片弹簧的形状分离钩径向切槽外端圆孔，可防 止应力集中。弹性杠杆 （分离指 ）碟簧1.双支撑环a)用抬肩式铆钉将膜片弹簧、两个 支撑环、离合器盖铆合在一起。b）在a)基础上，增加一个衬套和 挡环，提高耐磨性，结构显得复 杂点。C）取消铆钉，在离合器盖上伸出许多舌片，将膜片弹簧、两个支撑 环、离合器盖弯合在一起。其结构简化，耐久性好。但装配前，舌片 在水平方向上是直的，当舌片穿过膜片弹簧和两个支撑环后，才能弯 曲，装配有难度。2.单支撑环a) 在离合器盖上冲出一个环型凸台 代替一个支撑环。b）用一个弹性挡环一个支撑环。据书介绍，这样结构简单。3.无支撑环利用斜头铆钉、在离合器 盖上冲出环型凸台、弹性挡 环代替支撑环。实际上是单支撑环的组合。4.拉式膜片弹簧的支撑 拉式具有如下特点： 1）结构简单，零件数目更 少，质量更小； 2）膜片弹簧的直径较大，提高了传递转矩的能力； 3）离合器盖的变形量小，分离效率高； 4）杠杆比大，传动效率较高，踏板操纵轻便。 5）在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。 6）使用寿命更长。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。推式拉式拉式膜片弹簧的支撑分两种a) 无支撑环。b）单支撑环四、压盘的驱动形式所谓驱动，就是离合器盖怎样带转压盘，分凸块窗孔 式、传力销式、键块式、弹性传动片式 凸块窗孔式传力销式键槽 指销 式键齿式弹性传动片式 离合器主要参数的选择 性能参数 尺寸参 数 结构 参数 各参数之间关系离合器静摩擦力矩 ：TCf FZ RC (2) f：摩擦因素 ：压盘施加到摩擦面上的工作压力（） ：摩擦面数从动盘数 RC：摩擦片平均半径 设0为摩擦面承受的单位压力,单元 摩擦面积ds上的单元摩擦力矩为：这些参数有：因此，由于压盘施加到摩 擦面上的工作压力F引起的 一个摩擦面上的扭矩T：如果有Z个摩擦面，则Z个 摩擦面的合扭矩TC：(22)将（22）代入（23）得 ：而：（23）（2-4）比较（），（）得（25）d=2r , D=2R 当：d.时，有经验公式 RC（d）此时用该式求RC足够精确。 若令Cd,则一般设计保证：. 为保证离合器可靠传递发动机转矩emax，一般设计TCemax 1 （）（26）：离合器的后备系数一、后备系数（性能参数）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、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。因此，在选择时应考虑以下几点：1.选取注意事项：见书59最重要的三点：（）在摩擦片磨损后，能可靠传递发动机扭矩希望大。（）防止离合器滑磨时间过长希望大。（）减少传动系过载希望小。.一般选取值。见P59表二、单位压力0 （性能参数）0决定摩擦表面的耐磨性。0选取注意见P60,具体值见表。 三、摩擦片外径，内径d，厚度b。（尺寸参数）据式（），（）1.（28） 另有经验公式 （29） KD：直径系数 D值得后，校核：摩擦片最大圆周速度2Ro+50 （5）为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（2-11）（TC0限值见P62表2-5）（2-10）（6） 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力p0对于 不同车型，根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，最大范围p0为0.10 1.50MPa，即 0.10MPap01.50MPa （7） 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即：单位摩擦面积摩擦功； 许用值，见P62W：汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(W)，可根据下式 计算：ma ：汽车总质量；rr ：轮胎滚动半径；ig ：汽车起步时所用变速器挡位的传动比；i0 ：主减速器传动比；ne ：发动机计算时所用转速，乘用车取2000，商用车取1500二、膜片弹簧的弹性特性弹性特性：弹簧受载与变形的关系。其特点就是非线形关系，见图2-11在讨论弹性特性前，先假设：在膜片承载过程中，其子午断面绕断面上某个中性点转动。在膜片承载过程中，膜片子午断面没有变形（实际上有弯曲）。见图。1.正常工作下载荷1与变形1关系图12 a为自由状态，离合器装到飞轮上后，即处于正常工作状 态（压紧状态）；图12 b为工作状态；图12 c为分离状态。工作状态下（2-14）上面图2-12、式2-14中，各符号意义：F1：通过支撑环和压盘加在膜片弹簧上的载荷； F2：分离轴承对分离指端所加载荷；E：材料弹性模量；：材料泊松比;H：自由状态下碟簧部分的内截锥高度；h ：膜片弹簧厚度R、r：自由状态下碟簧部分大、小端半径;R1、r1：压盘加载点、支撑环加载点半径rf：分离轴承与分离指 的接触半径;1： F1作用下，膜片弹弹簧大端的轴轴向变变形;1f：在F2作用下，膜片弹簧大端的分离行程;2：在F1与F2作用下（分离与压紧状态下），分离指端变形;2f：在F2独立作用下（只计分离作用力），分离指端变形。2.分离时： 加载点从压盘与膜片大端接触处移动到分离轴承接触处，载荷为， 变形为，有：代入（14）（15） （16） （17） 分离轴承推分离指的行程：（18） 三、膜片弹簧的强度计算强度计算的目的： 找出最大应力点；找出最大应力点出现最大应力的工作状况。据前面假设：子午断面上有一个中性点点，该点上应变为零，应力为 零。可以推出，在子午面上，必有一条线，该线上，应变为零，应力为零。 （19） 、见图10 ：自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ：从自由状态起，在F1或F2作用下， 碟簧子午断面的转角.求出t的中性线如图13，以点为坐标原点 ，建立坐标系XOY。在点处沿 圆周方向的切应力为零。而断面 上任一点的切向应力：e:中性点半 径 令t，据式（19）有 ：（20） 此式意味着在断面上有一条t的中性线，在xoy坐标上作此线： x=0 , y=0 ：O 点x=-e, 连接t的中性线因为（-/2）很小，所以（ - /2 ） ton(- /2 )。故可认为：中性线是一条过点、点且与x轴夹角为（ - /2 ）的线 。：K点、求证子午断面上所有等应力线均过点设xe（K点的横坐标值），据式（19）xe，则分母为。所以从工程数学的极值理论讲，此式唯一的存在的可能是分子部分（-e) (- /2)-y ,则：y=（-e)(- /2)（K点的纵坐标值）即当x= -e时，不论t何值，均有y=（-e)(- /2)，即：其应力线均过 点。所以，从材料力学上讲。t等应力线的上方：t（拉应力）。、最大应力点距离t 最远处的点为最大应力点。即点。从结构上看点是支 撑点（支撑环处）。、点出现最大应力工作状况既然知道点有最大应力，通常只计算点应力来校核蝶簧的强度。 将点坐标值-（e-r）,h/2代入式（19），得蝶簧的最大应力：得（2-21）有了最大应力，还 得知道最大应力在 什么时候出现。P：点出现最大应力时，膜片弹簧转角。当实际转角f P，计算 时，取 = P当 f P ，则取 = f（23） （24） （-22）令所以，点的应力：在分离轴承力作用下，点有弯曲应力。取负是因为B点为压应力四、膜片弹簧基本参数的选择、h，h的选择 如