离合器DS395的设计说明书

第一章 引言
离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。
它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。
离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。
因假定压力均匀分布，则圆环上单位面积的压力为
P=N/π(Ro2-Ri2)
现考虑圆环上微圆面积上产生的摩擦力矩dTf，它距离中心为r,圆环厚dr，则该微圆环面积上产生的摩擦力矩dTf为 dTf=2πrdrpμr
摩擦盘上压力均匀分布时其有效的摩擦作用半径Re为 Re=2(R3o-R3i)μN/3(R2o-R2i)
现在，电子技术也进入了离合器系统。一种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。其ECU汇集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，驱动伺服马达机构施行自动变速。
第二章离合器（DS 395）的设计
2.1摩擦传动机构
摩擦离合器的基本结构是摩擦传动机构，它依靠摩擦来传递转矩。摩擦力F是一种耗散力，它的作用方向与运动方向相反。
2.3离合器盖设计
离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩给压盘。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。
2.3.1在设计时应特别注意以的问题
1．刚度问题
离合器分离杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，则当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵部分的传动效率，严重时可能导致分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器换挡困难。
被动部分装在飞轮与压盘之间，通过滑动花键套在变速器的输入轴上。在膜片弹簧的弹力作用下，从动盘、压盘与飞轮夹紧，发动机工作时，飞轮和压盘通过它们与摩擦片之间的摩擦带动从动盘一起旋转，将扭矩传递给变速器主动轴。当驾车者踩下离合器踏板，操纵部分的分离叉将分离轴承推向前，推动膜片弹簧下端，使膜片弹簧上端绕支点转动并拉动压盘向后移动，解除了压盘与摩擦片之间的压紧力，发动机只能带动主动部分旋转，无法将扭矩传递给变速器。当驾车者松开离合器踏板，操纵部分将分离轴承拉回来，膜片弹簧下端压力解除，恢复原位，压盘在膜片弹簧压力下又向前移动并将摩擦片压紧，发动机又可将扭矩传递至变速器。
实际上，由于温度等因素影响造成接触表面的翘曲使正压力分布不均，摩擦系数在各处也并不相等，于是提出了另一种模型。该模型认定压力从Ri到Ro递减，它是1/R的函数，此时认为有效的摩擦半径Re为 Re=(Ro+Ri)/2
下面根据转矩容量的概念来确定实际离合器的转矩容量Tc。由于离合器的从动盘两面都是摩擦面，而且离合器所用的从动盘不止1个，这样离合器转矩容量Tc的基本计算公式为 Tc=ZTf=ZreμNTc=2×(297+260)/2×10-3×3100=1726.7(N•m)
Tf=ReFf=ReμN
式中，Re为有效作用半径。
Tf就是摩擦机构利用摩擦的转矩容量。转矩容量（或扭矩容量）反映的是摩擦所传递转矩的极限能力而不一定是它实际传递转矩的大小。其中Re如何确定非常重要，它是两种数学模型可用。一种模型是认为正压力均匀分布于摩擦面上，现如下分析。
设定一圆环，其上作用有一正压力N和转矩T，圆环外径为Ro,内径为Ri。若圆环产生转动，则转动会产生摩擦力矩。
自动变速器的液力变扭器已经具有离合作用，而手动变速器的离合器主要是采用摩擦形式，并独立成为一种装置，有自己的控制系统。
因此，普通手动变速器汽车都有离合器踏板装置，安装在驾车者座椅地面前左端。本文内容主要阐述手动变速器轿车上的摩擦片式离合器及其控制形式。
轿车采用膜片离合器，它由主动部分（由壳体、膜片弹簧、压盘等组成的整体并用螺钉固定在发动机飞轮上），被动部分（由摩擦片与从动盘组成）和操纵部分组成。
压盘的结构形状除与传力方式有关外，还与压紧方式和分离方式有关。在采用沿圆周分布的圆柱螺旋弹簧作压紧弹簧时，压盘上应铸有圆柱形凸台作为弹簧的导向座。而在采用膜片弹簧或中央弹簧时，则在压盘上铸有一圈凸起以供支承膜片弹簧或弹性压杆之用。
2.2.2压盘几何尺寸的确定
压盘厚度的确定主要依据以下两点:
1)压盘应具有足够的质量
摩擦片上还均匀分布了若干只横置的螺旋小弹簧，用于减少离合时的冲击和振动。
目前，汽车离合器操纵形式有拉线和液压式两种，轿车多用液压操纵式，它具有噪声小、省力、平稳、布置方便的优点，由总泵、分泵、软管、踏板等组成。当驾车者踩下离合器踏板时，推杆推动总泵活塞使油压增高，通过软管进入分泵，迫使分泵拉杆推动分离叉，将分离轴承推向前；当驾车者松开离合器踏板时，液压解除，分离叉在回位弹簧作用下逐渐退回原位，离合器又处在接合状态。
校核计算的公式如下:
τ=γL0.50/cm压
式中,τ-温升
L-滑磨功
γ-分配到压盘上的滑磨功所占的百分比:单片离合器压盘,γ=0.50;双片离合器压盘,γ=0.25;双片离合器中间压盘,γ=0.50;
c-压盘的比热容,对铸铁压盘,c=544.28J/(kg.K);
m压-压盘质量τ=γL/cm=0.50×6.3×106/6.43×102×544.28=9℃
此外,在单片离合器中也采用键式连接方法，中间压盘通过键，压盘则通过凸台。现在广泛采用传力片的传动方式，由弹簧钢带制成的传力片的一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上。为了改善传力片的受力情况，它一般都是沿圆周切向布置。这种传力片的连接方式还简化了压盘的结构，降低了对装配精度的要求，并且还有利于压盘的定中。
摩擦力定律说明，摩擦力F的大小和正压力N成正比。比例系数为摩擦系数μ。摩擦力本质是非线性的,他有多个值,其最大值为μN.如果,作用力F<μN,则摩擦力就只能等于作用力F,当F>μN时,滑块就要产生运动,引起滑块加速的力为
Fa=F-μΝ=F-Ff.
当滑块绕作用半径等速转动时，此时最大的摩擦力Ff（假想）产生的摩擦力矩为Tf:
式中，Z为离合器摩擦工作面数，单片为2，双片为3…
若把两种模型不同的Re代入式，就得到两种不同的离合器转矩容量Tc的计算公式，
它们之间的差别之是反映了两种不同的假设。不管怎样解释，对上述两种模型既不能说谁对谁错，也难分清楚那一种模型更好。这是由于二者都只是把复杂的现象作一系列简化后得出的，它们只能起对离合器的转矩容量作估算的作用。而现实情况时，温度、时间因素都会影响离合器容量的大小，所以不能肯定上述简单公式何者更准。
由于用石棉(或其他有机物)材料制成的摩擦片导热很差,在滑磨过程中所产生的热主要有飞轮和压盘等零件吸收,为了使每次接合时的温升不致过高,故要求压盘具有足够大的质量来吸收热量.
2)压盘应具有较大的刚度
压盘应具有足下不致因产生翘曲变形而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧.
为了减轻重量和增加刚度，小轿车和一般载货汽车的离合器常用厚度约为3-5mm的低碳钢板冲压成比较复杂的形状。重型汽车由于批量少，为了降低成本，增加刚度则长常采用铸铁的离合器盖。
2．通风散热问题
为了加强离合器的冷却，离合器盖上必须开许多通风窗口。
3．对中问题
离合器内装有压盘、分离杆、压紧弹簧等零件，因此它相对发动机飞轮曲轴中心线必须要有良好的定心对中，否则会破坏系统整体的平衡，严重影响离合器的正常工作。
2.2.3传力片的设计及强度校核
传力片在不同的离合器结构中，起的作用不完全相同。基本上有两种情况，对于周置螺旋弹簧离合器的传力片，它主要承担离合器压盘传递发动机的转矩，使之成为摩擦副中的主动件，而压盘的分离由分离杆来完成。而现在膜片弹簧离合器中的压盘传力片，除了要承担传递发动机的转矩之外，还要依靠传力片的弹性作用使压盘分离（如果不想用传力片来分离压盘也可以）。利用传力片来分离压盘，在离合器结构设计上要简单些，但传力片受力状况要复杂得多，传力片的负荷也更严重，故必须仔细的对它进行强度校核。
在离合器的接合过程中,由于滑磨的存在,每接合一次的过程中都要产生大量的热,而每次接合的时间又短(大约3s左右),因此热量根本来不及全部传到周围空气中去,必然导致摩擦副的温升.在使用频繁和艰难条件下工作的离合器,这种温升就更为严重.它不仅会引起摩擦片摩擦系数下降,加剧磨损,严重时甚至会引起摩擦片和压盘的烧损.
对中方式常用的有以下两种：一是用止口对中，铸造的离合器盖以外圆与飞轮上的内缘圆止口对中。二是用定位销或定位螺栓对中。
2.3.2离合器的分离装置
离合器的分离装置包括分离杆和分离轴承
1．分离杆结构型式的选择
在离合器分离和接合的过程中，踏板与压盘之间运动联系的最后环节为分离杆。周置螺旋弹簧离合器的分离杆数目一般采用3-6个。分离杆的结构型式与压紧弹簧的类型有着密切的关系，在中央弹簧离合器中，只有弹性压杆而没有分离杆一词，广义上来说，离
鉴于以上两个原因,压盘一般都做的比较厚(一般不小于10mm),而且在内缘做成一定锥度以弥补压盘因受热变形后内缘的凸起.此外,压盘的结构设计还应注意加强通风冷却,如双片离合器的中间压盘体内开有许多径向通风孔,近年来这种结构也开始在单片离合器的压盘中采用.
压盘设计时在初步确定压盘厚度以后,应校核离合器接合一次时的温升,它不应超过8~10.若温升过高,可适当增加压盘的厚度.
在初步确定离合器的结构形式（如单片、采用有机面片、膜片弹簧等）之后，就要确定其基本结构尺寸、参数，它们是：
（1）摩擦片外径D=297mm；
（2）单位压力p=25N/cm2；
（3）后备系数β=0.36；
在选定这些尺寸参数时，下列一些车辆参数对它们有重大影响：
（1）发动机最大转矩Temax;
（2）整车总质量ma;
随着人们对汽车舒适性能要求的提高,离合器已在原有基础上得到不断的改善,乘用车上越来越多地采用具有双质量飞轮的扭矩减震器,能更有效地降低传动系的噪音。
对于重型离合器，由于商用车趋于大型化,发动机功率不断加大,但离合器允许加大尺寸的空间有限(现离合器从动盘的直径已达430mm),离合器的使用条件日酷一日,增加离合器的传扭能力,提高其使用寿命,简化操作,已成为重型离合器当前的发展趋势.为了提高离合器的传扭能力,在重型汽车上可采用双片干式离合器.从理论上讲,在相同的径向尺寸下,双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的1倍.但受到其他客观因素的影响(如散热等),实际的效果要比理论值低一点。