离合器设计

中央压紧弹簧
周布弹簧离合器
离合器盖
离合器从动部分
从动盘本 体（钢片） 从 动 扭 盘 转 毂
减 震 器
从动盘组件
飞轮 从动盘及扭转 减振器
离合器壳 （飞轮壳）
压盘及离合器 盖
分离轴承
膜片弹簧
变速器输入 轴
1．从动盘数的选择
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。
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。
摩擦离合器基本组成
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。
图2-1 单片离合器
对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大 转矩不大，在布置尺寸允许的条件下，离合器通 常只设有一片从动盘。
双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面数 增加一倍，因而传递转矩的能力较大。
图2-2 双片离合器
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．摩擦片外径D、内径d和厚度
在离合器结构形式及摩擦片材料选定、其他参数已 知或选取后，结合式（2-1）和式（2-5）即可估算出摩擦片 尺寸。 摩擦片外径D（mm）也可根据如下经验公式选用
D KD Te max
（2-7）
式中：KD为直径系数，轿车：KD=14.5；轻、中型货车：单片KD =16.0～
3．膜片弹簧支承形式
推式膜片弹簧支承结构按支承数目不同分为三种：
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 推式膜片弹簧无支承环形式
图2-8 拉式膜片弹簧支承形式
拉式膜片弹簧离合器（图2-4）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；
4）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离 合器滑磨，β应选取大些； 5）汽车总质量越大，β也应选得越大； 6）柴油机工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取 的β值应比汽油机大些； 7）发动机缸数越多，转矩波动越小，β可选取 小些； 8）膜片弹簧离合器选取的β值可比螺旋弹簧离 合器小些； 9）双片离合器的β值应大于单片离合器。

Tc fFZRc
（2-1）
（2-2）
假设摩擦片上工作压力均匀，则有
摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表示为

(D2 d 2 ) F p0 A p0 4
D3 d 3 Rc 3( D 2 d 2 )
（2-3）
当d/D≥0.6时，Rc可相当准确地由下式计算

Rc

Z D d
2
2


（ 2－ 9 ）
W为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
W
2 2 ne ma rr2
1800i i
2 2 0 g
（ 2－10）
二、膜片弹簧的载荷变形特性
注：可以略去不讲
三、膜片弹簧的强度校核
注：可以略去不讲
问题：试着对膜片弹簧受力分析并进行强度校核？
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。
图2-4 拉式膜片弹簧离合器
Eh1 ln( R / r ) F1 2 6(1 ) ( R1 r1 ) 2
H—内截锥高度 E—弹性模量 E=21× 104 N/mm2 泊松比μ=0.3
Rr 1 R r 2 )( H )h ( H 1 R1 r1 2 R1 r1
第二章
离合器设计
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。
第二章 离合器设计



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
2 2 f x min D d 4


3 约束条件
1) 摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度υD不超过65～ 70m／s，即
D

60
ne max D 10 3 65 ~ 75m / s
（ 2－ 7）
2) 摩擦片的内外径比c应在0.53～0.70范围内，即 0.53≤c≤0.70 3) 为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型 的β值应在一定范围内，最大范围β为1.2～4.0，即 1.2≤β≤4.0
5 压盘的驱动方式
压盘的驱动方式主要有凸块-窗孔式、销钉式、 键块式和传动片式多种。 前三种的共同缺点是在连接键之间都有间隙， 在驱动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑 动中有摩擦和磨损，降低了离合器传动效率。 传动片式是近年来广泛采用的结构。
第2节结束
第三节 离合器主要参数的选择
离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为
汽车离合器设计的基本要求
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。
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。
膜片弹簧离合器（图2-3）的优点：
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；
概述 离合器的结构方案分析 离合器主要参数的选择 离合器的设计与计算 扭转减振器的设计 离合器的操纵机构 离合器的结构元件
第一节 概述
1.复习内容：
1.离合器的功用？
2.离合器的基本组成部件有哪些？
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，
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；
图2-3 膜片弹簧离合器
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，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 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。
将式（2-2）与式（2-3）代入式（2-1）得
Dd 4
（2-4）
Tc

12
fZp0 D (1 c ) （2-5）
3 3
式中，c为摩擦片内外径之比，c=d/D，一般在0.53～0.70之间。
摩擦片正面
摩擦片背面
Tc

12
fZp0 D 3 (1 c 3 )
（2-5）
式中，c为摩擦片内外径之比，c=d/D，一般在0.53～0.70 之间。 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的 最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即
四、膜片弹簧主要参数的选择
膜片弹簧的主要参数： 膜片弹簧自由状态下碟簧部分的 内截锥高度 H； 膜片弹簧钢板厚度 h ； 自由状态下碟簧部分大端半径 R； 自由状态下碟簧部分小端半径 r ； 自由状态时碟簧部分的圆锥底角 α； 分离指数目 n 等，见图２－９。
车型
β
轻货车、轿车
1.20~1.75
中、重、载货车Βιβλιοθήκη Baidu1.5~2.25
越野车、牵引车 1.8~4.0
2．单位压力p0
单位压力p0对离合器工作性能和使用寿命有很大影 响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率 大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。 离合器使用频繁，发动机后备系数较小时， p0应 取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处 的热负荷， p0应取小些；后备系数较大时，可适当增 大p0 。
图２-９膜片弹簧的主要参数
膜片弹簧
1.膜片弹簧载荷变形特性
膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，
使得离合器结构简化，质量减小，并缩短了离合 器的轴向尺寸；
由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，是压力分
布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀；
膜片弹簧所具有的非线性特性胜过螺旋弹簧
2.弹簧特性计算公式
第1节结束
第二节 离合器的结构方案分析
汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。
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
圆柱螺旋弹簧 根据使用的 圆锥螺旋弹簧 压紧弹簧形式 膜片弹簧离合器
根据分离时所受 作用力的方向
拉式 推式
摩擦离合器的工作原理
周布弹簧离合器

Tc=βTemax
（2-6）
式中，Temax为发动机最大转矩。
β为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大 静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，β必须大于1。
离合器基本参数的选择
基本参数主要有性能参数β和p0，尺寸参数D和d及摩擦 片厚度b。 1．后备系数β 后备系数β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β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β时应考虑以下几点： 1）为可靠传递发动机最大转矩，β不宜选取太小； 2）为减少传动系过载，保证操纵轻便，β又不宜选取太大； 3）当发动机后备功率较大、使用条件较好时，β可选取小些；
4) 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹 簧位置直径2Ro约50mm，即 d >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
3 约束条件
3 约束条件
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 0.10MPa≤p0≤1.50MPa 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 4W
18.5，双片KD =13.5～15.0；重型货车： KD =22.5～24.0。
摩擦片的厚度b主要有3.2mm、3.5mm和4.0mm三种。
第3 节结束
第四节 离合器的设计与计算
一、离合器基本参数的优化
1 设计变量 后备系数β取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数 D 和d。单位压力 p0也取决于F和D及d。因此，离合器基本参数的优 化设计变量选为 X=[x1 x2 x3 ]T=[ F D d ]T 2 目标函数 离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求 条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为
多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向 尺寸和质量较大等缺点，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。
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。 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。