汽车设计-第2章 离合器设计

在一起，结构简单，是早已采用的传统形式；图2—5b在铆钉上装硬化衬套和刚性挡环，可 提高耐磨性和使用寿命，但结构较复杂；图2—5c取消了铆钉，在离合器盖内边缘上伸出许 多舌片，将膜片弹簧、两个支承环与离合器盖弯合在一起，使结构紧凑、简化、耐久性良好， 因此其应用日益广泛。 图2—6为单支承环形式。 在冲压离合器盖上冲出一个环形凸台来代替后支承环(图2—6a) 使结构简化，或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环(图2—6b)，以消除膜片弹簧与支承环 之间的轴向间隙。
图2-4
拉式膜片弹簧离合器
1)由于取消了中间支承各零件，并只用一个或不用支承环，使其结构更简单、紧凑， 零 件数目更少，质量更小。 2)由于拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压， 因此在同样压盘尺寸条件下可采用直径较大 的膜片弹簧，从而提高了压紧力与传递转矩的能力，而并不增大踏板力；或在传递相同转矩
时，可采用尺寸较小的结构。 3)在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效率更高。 4)拉式的杠杆比大于推式杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高， 使 踏板操纵更轻便。拉式踏板力比推式一般约可减少25％～30％。 5)拉式无论在接合状态或分离状态， 膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触， 在支 承环磨损后不会产生冲击和噪声。 6)使用寿命更长。 但是，拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒总成嵌装在一起的，需专门的分离轴承(参 见图2—19)，结构较复杂，安装和拆卸较困难，且分离行程略比推式大些。由于拉式膜片弹 簧离合器综合性能优越，它已在一些汽车中得以应用。 3．膜片弹簧支承形式 推式膜片弹簧支承结构按支承环数目不同分为三种。图2—5为双支承环形式，其中图2—5a 用台肩式铆钉将膜片弹簧、两个支承 图2-4 拉式膜片弹簧离合器环与离合器盖定位铆合
图 2-1 单 片 离 合
图2-2 双片离合器 多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星 齿轮变速器换挡机构中。但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。 2．压紧弹簧和布置形式的选择 周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧(图2—1)， 其特点是结构简单、 制造容 易， 因此应用较为广泛。 此结构中弹簧压力直接作用于压盘上。 为了保证摩擦片上压力均匀， 压紧弹簧的数目不应太少，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。 在 某些重型汽车上，由于发动机最大转矩较大，所需压紧弹簧数目较多，可将压紧弹簧布置在 两个同心圆周上。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且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， 使弹簧压紧力下降， 离合器传递转矩的能力随之降低。 此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现弹簧断裂现象。
2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传动系过载。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，β不宜选取太小；为使离合 器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不宜选取太大；当发动机后备功率 较大、使用条件较好时，β可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能 力、减少离合器滑磨，β应选取大些；货车总质量越大，β也应选得越大；采用柴油机时， 由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的β值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波 动越小，β可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的β值可 比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的β值应大于单片离合器。 各类汽车口值的取值范围通常为： 轿车和微型、轻型货车 中型和重型货车 β=1．20～1．75
图2-5
推式膜片弹簧双支承环形式
图2-6
推式膜片弹簧单支承环形式
图2—7为无支承环形式， 利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片 弹簧铆合在一起而取消前、后支承环(图2—7a)；或在铆钉前侧以弹性挡环代替前支承环， 离合器盖上环形凸台代替后支承环(图2—7b)，使结构更简化；或取消铆钉，离合器盖内边 缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起(图2— 7c)，结构最为简单。 图2—8为拉式膜片弹簧支承结构形式， 其中图2—8a为无支承环形式， 将膜片弹簧的大端 直接支承在离合器盖冲出的环形凸台上；图2—8b为单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在 离合器盖中的支承环上。这两种支承形式常用于轿车和货车 上。
F p0 A p0
(D 2 d 2 )
4
（2-2）
式中，户。为摩擦面单位压力，A为一个摩擦面的面积；D为摩擦片外径；．d为摩擦片内径c 摩擦片的平均摩擦半径R，根据压力均匀的假设，可表示为
RC
D3 d 3 3( D 2 d 2 )
（பைடு நூலகம்-3）
当d／D≥0．6时，R，可相当准确地由下式计算
第三节
离合器主要参数的选择
摩擦离合器是靠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根据 摩擦定律可表示为
TC fFZRC
（2-1）
式中，T，为静摩擦力矩；／为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取0．25—0．30；F为压 盘施加在摩擦面上的工作压力；R，为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数，是从动盘数的 两倍。 假设摩擦片上工作压力均匀，则有
中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧， 并且布 置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。由于可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧 力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。此外，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受 热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调 整。这种结构多用于重型汽车上。 斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力 盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显 著优点是在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。与上述两种离合器相 比，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。 膜片弹簧离合器(图2—3)中的膜片弹簧 是一种具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部 分和分离指组成，它与其它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如图 2—12所示，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内 基本不变(从安装时工作点B变化到A点)，因 而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对 于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降(从月点变 化到A，点)。离合器分离时，弹簧压力有所下降 (从B点变化到C点)，从而降低了踏板力；对 于圆柱螺旋弹簧，压力则大大增加(从月点变 化到C，点)。 2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作 用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目 少，质量小。 3)高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性 能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。 4)由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提 高使用寿命。 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。
第二节
离合器的结构方案分析
汽车离合器大多是盘形摩擦离合器，按其从动 盘的数目可分为单片、双片和多片三类； 根据压紧弹簧布置形式不同，可分为圆周布置、中 央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不 同，可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹 簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同，又 可分为拉式和推式两种形式。 1．从动盘数的选择 对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的 最大转矩一般不大。在布置尺寸允许的条件下，离 合器通常只设有一片从动盘。单片离合器(图2—1) 结构简单，尺寸紧凑，散热良好，用时能保证分离 彻底、接合平顺。 双片离合器(图2—2)与单片离合器相比， 由于摩 擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传 递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小， 另外接合较为平顺但中间压盘通风散热不良，两片 起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够 彻底。设计时在结构上必须采取相应的措施。这种 结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。
图2-3 膜片弹簧离合器
． 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易 控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设 计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，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。 拉式膜片弹簧离合器(图2—4)中，其膜片弹簧的安装方向与推式相反。在接合时，膜片 弹簧的大端支承在离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。将分离轴承向外拉离飞轮，即可实 现分离。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有如下优点：
第二章 第一节
离合器设计 概 述
离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成， 其主要功用是切断和实现对传动系 的动力传递，以保证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；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；在工作中受到大的动载荷 时，能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；有效地降低传动系 中的振动和噪声。 为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求： 1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备。 2)接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3)分离时要迅速、彻底。 4)离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减 小同步器的磨损。 5)应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使 用寿命。 6)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 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，以保 证有稳定的工作性能。 9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。 10)结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 摩擦离合器主要由主动部分(发动机飞轮、离合器盖和压盘等)、从动部分(从动盘)、 压紧机构(压紧弹簧)和操纵机构(分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等)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。 随着汽车发动机转速和功率的不断提高、汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要 求越来越高。 从提高离合器工作性能的角度出发， 传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地 向拉式结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和 使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。