离合器分析

离合器基本知识
一、分析对象：推式膜片弹簧离合器。

二、结构
膜片弹簧离合器主要由离合器盖总成，从动盘总成与分离轴承总成三部分组成。

结构图如图。

结构图
1、盖总成
1)膜片弹簧
膜片弹簧为该总成主要零部件。

膜片弹簧是蝶形弹簧的一种，一般用金属板材或带材（主要是钢材）冲压成的截锥形薄板弹簧，膜片弹簧可以看成由蝶簧部分和分离指部分所组成。

分离指在分离过程中起分离杆作用。

一般蝶簧的主要特点：
1’轴向尺寸很紧凑而径向尺寸较大；
2’具有变刚度的弹性特性；
外径D、内径d尺寸相同的条件下，内锥高h与弹簧板厚度t之比不同范围可有三种不同的弹簧弹性特性。

如图所示。

膜簧应用的是第2种特性。

图2 碟簧特性1:h/t <21/2 2:21/2<h/t <23/2 3:h/t >23/2 3’单位体积材料变形能较大；
4’便于标准化
2)压盘
实现对从动盘总成的压紧与放松，完成发动机与传动系动力传递与中断任务，是离合器受热最严重的部件。

3)离合器盖
将盖总成固联于发动机飞轮上。

4)传动片
飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，离合器盖对压盘的驱动方式一般为传动片（钢带）驱动，在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；分离时，允许离合器盖作轴向自由运动，使从动盘松开。

5)支承环
6)支承铆钉
…
2、从动盘总成
从动盘总成具有轴向弹性，对从动盘总成摩擦表面均匀加载，则压紧力与变形存在确定关系，称为从动盘总成的轴向压缩特性。

实际试验结果如下。

从动盘总成主要包括以下几个部分。

1)摩擦片
2)从动片
从动片上一般铆接波状弹簧，使从动盘总成具有轴向弹性，使离合器接合平顺便于起步，而且使摩擦压力均向分布减小磨损。

3)扭转减振器
安装于离合器从动盘中的一个弹性——阻尼装置，以改变传动系原有的各阶段固有频率，消除汽车传动系的主要低频扭振和降低变速器及主减速器中的齿轮噪声。

4)从动盘毂
从动盘毂是离合器总成中受载荷最大的零件，与第一轴（变速器）前端花键组成离合器离合过程中的滑动摩擦副。

3、分离轴承总成
主要包括：
1)分离轴承
承受轴向分离力和高速旋转离心力作用。

2)分离轴承套筒
三、 膜片弹簧相关知识
1、膜片弹簧工作状态
膜簧工作状态
1) 自由状态
离合器盖总成尚未与发动机飞轮装合以前，称为自由状态，安装状态下并不存在。

膜片弹簧处于近似自由状态（由于传动片作用，弹簧稍微受压）。

2) 接合状态
离合器总成与飞轮装合时，离合器盖通过后支承环对膜片弹簧中部施加压紧力，膜簧大端（碟簧部分）与压盘接触处作用着大小相同的支承反力。

碟簧部分产生轴向变形，分离指部分不受载，无变形。

3) 分离状态
分离轴承向前推向飞轮时，膜片弹簧小端加载半径处的分离力使膜簧以中部处前支承环为支点，继续受压缩。

此时，膜片弹簧的大端对压盘的压紧力逐渐减小直至消失，使从动盘分离，离合器处于分离位置。

膜簧受压缩超过压平位置后，成反锥形，工作状态与普通碟簧不同，膜簧大小端均产生附加变形量。

2、膜片弹簧载荷－变形力学基本分析
1) 碟簧载荷－变形特性基本分析
碟簧变形包括两种变形分量：①拉压变形（周向）
②弯曲变形（切向）
取扇形微元分析受力可知，变形分量产生切向应力引起板簧绕假设中性点的径向内力矩M r 与外界载荷F 产生的外力矩M 相平衡。

M r 可通过对其应力－应变分析获得计算式。

从而得到碟簧载荷－变形计算公式。

()()()[]2
2
1
2
5.01t h h R
K
Et F +---=
λλμλ
碟簧微元力学分析
2) 膜簧载荷－变形基本分析
a) 大端受载－变形分析
一般是预压变形的分析，碟簧部分受载，故即为碟簧载荷－变形基本分
析。

①大端受载，大端变形计算公式
()()
()()[]2111
1
22
115.016ln
t k h k h l L r
R
Et F +----=
λλ
μλπ
②大端受载，小端变形计算公式
()()()
()()[]2
'
22'
22
2
'
215.016ln
t
k h k
h r l l L r
R Et F F
+-----=
λλμ
λπ
b) 小端受载－变形分析
依据碟簧受载变形时“相同外力矩M 下得到相同转角φ的结论”，将分
离指部分的力矩向蝶簧部分转化可分别计算
①小端受载时，大端处变形；
()()()
()()[]2
1
1
1
1
2
125.016ln
t k h k h r l l L r
R Et F F
+-----=
λλμ
λπ
②小端受载时，小端处变形。

()()
()()[]2
'
22'
22
2
2
'
225.016ln
t
k h k
h r l r
R
Et F F
+----=
λλμλπ
c) 小端处总变形量分析
变形包括两部分：
①小端受载切向转动引起变形量；
②分离指弯曲变形量（相当于悬臂梁）。

计算小端受载，分离指相当于悬臂梁所引起的挠度。

膜簧大端变形载荷特性如图所示。

膜簧小端载荷变形曲线形式与大端类似。

膜簧大端变形载荷特性
3)膜簧变形特性及试验
a)接合过程（离合器总成安装到发动机飞轮开始，直到装配完成），如图中b位置。

膜片弹簧负荷特性（试验）：接合过程中的工况特性，表明在接合过程中压盘上压紧力与压盘位移之间关系。

试验结果为：
膜簧工作点位置
b)分离过程，分两个阶段：
①开始阶段。

小端加载由零开始，直至压盘移动为止（对从动盘压力为0）；大、小端压力共存阶段，小端力逐渐增大，大端力逐渐减少至0；碟簧部分变形量不定。

②分离阶段。

开始分离至彻底分离。

③分离特性（试验）：分离过程中的工况特性，表明分离过程中分离指上的分离力、分离轴承的分离行程与压盘升程（分离过程中的压盘位移）之间关系：分离载荷特性；压盘升程特性。

膜簧离合器工况特性曲线与膜簧零件工况特性曲线相似而不相等，因此应注意修正。

c)离合器压盘盖总成及压盘刚度测量试验。

扭矩传递特性分析：
离合器接合过程中分离轴承位移与离合器扭矩传递特性关系 T C =f(x) T C ——传递扭矩 x ——分离轴承位移
T C =Zu c R c F b Z ——摩擦面数 u c ——摩擦系数
R c ——摩擦合力作用半径；⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛--=2i 2o 3
i 3o c R R R R 32R R o －摩擦片外径；R i －摩擦
片外径
F b ——摩擦面间正压力
对某一固定车型，Z ，u c ，R c 均为常数（暂不考虑温度对u c 的影响） 分离轴承总成为刚性件，即膜簧小端位移为x F b 显然为膜簧大端负荷
考虑离合器从动片轴向弹性，分析膜簧小端位移与大端压紧力关系。

根据 小端作用负荷为F
大端预紧力为F y
计算得在小端有作用力F 条件下：小端弯曲变形x 1
大端剩余的负荷F y1
根据F y1与轴向压缩特性试验获得膜簧大端变形量，将该变形量乘以杠杆比即得小端因大端蝶簧变形引起得位移X 2。

小端位移总量为：X ＝X 1+X 2
由上述分析知：F y1 = F b
由公式T C =Zu c R c F b 可以计算得传递扭矩。

从而理论得到小端位移与传递扭矩的关系。

对当前离合器计算结果如下图。

2
3
4
5
6
7
-200
0200400600800100012001400
160018002000传递扭矩（N .m )
分离轴承位移（m m ）
离合器扭矩传递特性
自调节离合器原理分析
问题提出：离合器磨损后分离力变大
微小磨损膜簧工作点位置变化如图（b—c）：
解决方法：维持膜簧常压时角度不变，即膜片弹簧蝶簧部分变形一定，从而保持工作点位置不变，达到恒定的分离力。

这是自调节离合器的设计原理。

自调节离合器与普通的结构比较：
自调节离合器工作过程分析：
1、没有磨损时
（1）
（2）
离合器发生磨损后：
（1）
（2）
(3)。