汽车设计吉林大学

第三节 离合器主要参数的选择
• 五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙Δt
• 摩擦因数取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位 压力和滑磨速度等因素
• 摩擦片材料主要有石棉基材料、粉末冶金和金属陶瓷 等。石棉基材料摩擦因数受工作温度、单位压力和滑 磨速度影响较大，而粉末冶金和金属陶瓷的摩擦因数 较大且稳定。各种材料的f见表2-3。
• 保证离合器尺寸小，结构简单。 • 减少踏板力，操纵轻便。（单位压力小） • 发动机缸数多，转矩平稳， β可取小些。 • 膜片弹簧离合器可以取小。（压紧力稳定）
第三节 离合器主要参数的选择
• 二、后备系数的选择
• 下列因素要求β不宜选取过小。
• 衬片磨损后，仍能可靠传递Temax，β宜取大些。 • 防止离合器接合时滑磨过大，导致寿命下降； • 使用条件恶劣，有拖挂，为提高起步能力； • 柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，β宜取大些。
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2020年7月19日星期日
第一节 概述
• 一、功用
• 1、保证汽车平稳起步； • 2、换挡时可减少齿轮轮齿间的冲击； • 3、防止传动系零部件过载损坏； • 4、降低传动系的振动和噪声。
第一节 概述
• 二、组成
• 包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵结 构四部分（P52图）
第一节 概述
• 摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按经验公式选用
• 式中KD为直径系数，取值见表2-3。
第三节 离合器主要参数的选择
• 四、摩擦片外径D、内径d和厚度b
• 当D确定后，d可按d/D在0.53~0.70来确定； • D不变时，若d取小时：摩擦面积增加，Tc增加
；但压力分布不均匀；内外圆圆周速度差别大 ；减振器安装困难。 • D、d、b应符合国标GB/T5764-1998《汽车用 离合器面片》。 • 所选D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s，以免摩擦片发生飞离。
第五节 扭转减振器的设计
• 一、组成与功用
• 1. 组成
• 弹性元件和阻尼元件（阻尼片）
• 2. 功用
• 降低传动系扭转刚度； • 增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振振幅； • 控制怠速时的扭振和噪声； • 缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷。
• 3. 弹性特性：线性和非线性
第五节 扭转减振器的设计
第四节 离合器的设计与计算
• 二、膜片弹簧的弹性特性
• 1. 碟簧子午断面坐标系
• 膜片弹簧受载后，碟簧子午断面绕O点转动，该点切 向应变与应力均为零，称之为中性点。
• 将坐标原点取在中性点处。
第四节 离合器的设计与计算
• 二、膜片弹簧的弹性特性
• 2. 膜片弹簧的变形
第四节 离合器的设计与计算 • 二、膜片弹簧的弹性特性
•
• L为弹簧工作变形量），通常取3°~12 °。
第五节 扭转减振器的设计 • 三、双质量飞轮
• 1. 结构
第五节 扭转减振器的设计
• 三、双质量飞轮
• 2. 特点
• 优点： • R0提高，弹簧刚度下降，允许转角变大。 • 降低发动机变速器振动系统固有频率，避免怠速 时共振。 • 减振效果提高。 • 从动盘上没有减振器，从动部分转动惯量下降， 对换档有利。
第三节 离合器主要参数的选择
• 五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙Δt
• 摩擦面数为离合器从动盘数的两倍，决定于离 合器所需传递转矩的大小及结构尺寸。
• 离合器间隙是指离合器处于正常接合状态、分 离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证 摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合， 在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙， 一般为3-4mm。
第四节 离合器的设计与计算 • 四、膜片弹簧基本参数的选择
• 4. 膜片弹簧工作点位置的选择
• 拐点H对应着膜片弹簧压平的位置； • 工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，靠近H点处
。
• 1B =(0.8~1.0)1H
• 5. 分离指数目n
• 12≤n≤24，一般取18
第四节 离合器的设计与计算
• 五、膜片弹簧材料及制造工艺
• （3）高速旋转时压紧力下降极小，性能稳定 • （4）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀 • （5）通风散热好，使用寿命长 • （6）膜片弹簧中心与离合器中心重合，平衡性好
• 缺点
• 制造工艺复杂 ，成本高，对材质和精度要求高
第二节 离合器的结构方案分析 • 三、膜片弹簧离合器——特点
第二节 离合器的结构方案分析 • 三、膜片弹簧离合器——拉式和推式
➢=0的等应力线： y=(-/2)x
➢K点为所有等应力 线交点：
（-e,- (-/2)e ）
第四节 离合器的设计与计算 • 三、膜片弹簧的强度计算
• 2. 碟簧最大切向应力点
• 最大压应力在B点（-(e-r), h/2）
• 变形过程中，压应力最大值对应的夹角：
• 最大拉应力出现在A点
第四节 离合器的设计与计算 • 三、膜片弹簧的强度计算
。 • 7.工作可靠、寿命长，维修保养方便。
第六节 离合器的操纵机构 • 二、结构形式选择
第六节 离合器的操纵机构 • 三、操纵机构的设计计算
• 1. 踏板行程S
• 式中：Z——面数；△S——分离间隙
• 2. 踏板力Ff
第七节 离合器主要零部件的结构设计
• 一、从动盘总成
• 1. 组成
• 3. B点的当量应力
• 在分离轴承推力作用下，B点还受弯曲作用。 • 弯曲应力：
• 根据最大切应力理论，B点的当量应力为：
60Si2MnA材料的许用应力为1500~1700MPa。
第四节 离合器的设计与计算
• 四、膜片弹簧基本参数的选择
• 1. H/h 和 h
• H/h决定了膜片弹簧弹性特性曲线的形状。 • 推荐 H/h =1.5~2.0， h =2~4mm
• 5. 减振弹簧位置半径R0
• R0尽可能大一些，一般R0=（0.60~0.75）d/2。
第五节 扭转减振器的设计
• 二、参数选择
• 6. 减振弹簧个数Zj
• 根据摩擦片外径选取。
• 7. 减振弹簧总压力F
• 限位销与从动盘毂之间的间隙被消除时的弹簧受到 的压力。
• F =Tj / R0
• 8. 极限转角j
第四节 离合器的设计与计算 • 四、膜片弹簧基本参数的选择
• 2. R/r和R、r的选择
• 比值R/r大，则材料利用率低；弹簧刚度大；弹性特 性曲线受直径误差影响大；应力越高。
• 推荐R/r =1.20~1.35 • 推式：R≥ Rc（摩擦片平均半径）；拉式： r≥ Rc
• 3.α= 9º~15º
维修、调整方便
第二节 离合器的结构方案分析 • 一、分类
第二节 离合器的结构方案分析 • 二、从动盘数的选择
第二节 离合器的结构方案分析
• 三、膜片弹簧离合器——特点
• 优点
• （1）有较理想的非线性特性，弹簧压力在衬片磨损范围内基 本不变，因而传递转矩大致不变；
• （2）兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单紧凑，零件 数目少，质量小；
• 参数优化设计的目标是，在保证性能的条件下结构 尺寸（D、d）尽可能小。即目标函数：
第四节 离合器的设计与计算 • 一、离合器基本参数的优化
• 3. 约束条件
• 1) D应保证 Vd ≤ 65~70m/s • 2) 0.53≤c≤0.70 • 3) 1.2≤ β ≤4.0 • 4) d>2R0+50，R0为减振弹簧位置半径 • 5) 单位面积传递的转矩 • 6) • 7) 单位摩擦面积的滑磨功w
• 二、参数选择
• 1. 极限转矩Tj：
• 是指减振器消除限位销与从动盘毂缺口之间间隙Δ1时所能传递 的最大转矩。 Tj =（1.5~2.0）Temax
• 2. 扭转角刚度kφ
式中：K——弹簧线刚度 Z j——弹簧数 R0 ——弹簧分布半径
• 合理的扭转角刚度可以使系统的共振现象不发生在发动机常用 工作转速范围内。
第三节 离合器主要参数的选择 • 三、单位压力p0
材料 石棉基材料 粉末冶金材料 金属陶瓷
[p0] MPa 0.10~0.35 0.35~0.50 0.70~1.50
第三节 离合器主要参数的选择 • 四、摩擦片外径D、内径d和厚度b
• 当离合器结构形式及摩擦材料选定，发动机最大转矩 已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算：
• 式中：F为工作压力；f为摩擦因数，0.25~0.30； • Z为摩擦面数；Rc为平均摩擦半径。
• 2、平均摩擦半径
• 假设压力分布均匀，将分布力等效为集中力，得：
• 当d/D0.6时，有：
第三节 离合器主要参数的选择
• 一、离合器传递转矩的能力
• 3、摩擦面的单位压力p0：
• 得到静摩擦力矩
• 4、离合器的后备系数 β
第二节 离合器的结构方案分析
• 三、膜片弹簧离合器——拉式和推式
• 主要区别——膜片弹簧安装方向相反，支承方式不同
第二节 离合器的结构方案分析 • 三、膜片弹簧离合器——拉式和推式
①当离合器尺寸、Temax相同时 。
第二节 离合器的结构方案分析
• 三、膜片弹簧离合器——支承形式
• 推式膜片弹簧的支承形式
• 双支承环 • 单支承环 • 无支承环
• 拉式膜片弹簧的支承形式
• 无支承环 • 单支承环
第二节 离合器的结构方案分析
• 四、压盘的驱动方式
• 凸块—窗口式 • 传力销式 • 键块式 • 弹性传动片式
第三节 离合器主要参数的选择 • 一、离合器传递转矩的能力
• 1、取决于摩擦面间的静摩擦力矩： Tc=f·F·Z·Rc
• 初选时，取 kφ ≤13Tj 。
第五节 扭转减振器的设计
• 二、参数选择
• 3. 阻尼摩擦转矩Tμ
• 合理选择Tμ，可以有效消除扭转振动。 • 初选Tμ =(0.06~0.17)Temax
• 4. 预紧转矩Tn
• Tn增大，共振频率将减小，但不应大于Tμ 。 • 初选 Tn = (0.05~0.15)Temax
• 三、设计要求
• 1. 能可靠地传递发动机最大转矩 • 2. 主、从动部分分离要彻底 • 3. 接合平顺，确保起步平稳 • 4. 从动部分转动惯量小 • 5. 吸热能力强，散热性能好 • 6. 避免扭振，并具有吸振、缓冲、减少噪声的能力 • 7. 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员疲劳 • 8. 作用到摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化要小 • 9. 应有足够强度和良好的动平衡,保证工作可靠,寿命长 • 10 .结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、
• 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 =Tc/Temax。
• 为了保证可靠地传递发动机的最大转矩，要求β必须 大于1。
第三节 离合器主要参数的选择 • 二、后备系数的选择
• 考虑以下因素，β不宜选取过大。
• 防止传动系过载
• 紧急接合离合器，T传≥（2~3）Temax • 不松开离合器、紧急制动，T传=（15~20）Temax
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
• β=Tc/Temax=fFZRc/ Temax；取决于F、D、d。 • p0=4F/π(D2-d2)，p0取决于 F、D、d。 • 离合器基本参数的优化设计变量为：
第四节 离合器的设计与计算
• 一、离合器基本参数的优化
• 2. 目标函数
• 1. 材料：60Si2MnA 或 50CrVA • 2. 工艺：
• 强压处理：在分离方向上，使之过位移3~8次；塑 性变形产生反向残余应力，使疲劳寿命提高 5%~30%。
• 凹面或双面喷丸处理：表层产生塑性变形，形成强 化层，提高疲劳寿命。
• 分离指端部高频淬火与镀铬：可提高耐磨能力 • 膜片弹簧与压盘接触圆处挤压处理：防止产生裂纹
• 3. 缺点 • 弹簧安装半径大，离心力大，弹簧中段易鼓出， 磨损严重。
第六节 离合器的操纵机构
• 一、对操纵机构的设计要求
• 1.操纵轻便。踏板力要小，踏板行程要合理。 • 2. 有踏板自由行程调整机构。 • 3. 有踏板行程限位装置，防止操纵机构过载。 • 4. 有足够的刚度。 • 5. 传动效率要高。 • 6. 发动机振动，车架、驾驶室变形不会影响正常工作
• 3. 碟簧变形与载荷的关系
式中：H——内截锥高；h——板厚； R、r——自由状态时大、小端半径； R1 、 r1——压盘、支撑环加载点半径；
第四节 离合器的设计与计算
• 二、膜片弹簧的弹性特性
• 4. 分离指变形与载荷的关系
第四节 离合器的设计与计算 • 三、膜片弹簧的强度计算
• 1. 切向应力在碟簧子午断面中的分布