离合器计算与设计

离合器设计与计算

本次设计主要是对离合盖器总成中的膜片弹簧、压盘，从动盘总成中的从动片等主要零部件进行详细的计算与设计，其他零部件采用进行简略设计。

设计时已知参数如下：

（1）发动机起步转矩；

（2）整车质量；

（3）车轮滚动半径；

（4）发动机起步转速；

（5）变速器起步档变速比；

（6）主传动比。

3.1离合器设计基本结构尺寸及参数

在初步确定离合器结构形式后，要通过离合器的基本结构尺寸和参数具体确定离合器。

离合器设计时所需的基本结构尺寸、参数主要有：

（1）摩擦片外径D；

（2）单位压力p；

（3）后备系数β；

在选定以上参数时，以下车辆参数对其有重大影响：

（1）发动机最大转矩；

（2）整车总质量；

（3）传动系总传动比（变速器传动比主减速器传动比）；

（4）、车轮滚动半径；

3.2 离合器基本参数选取和主要尺寸设计计算

3.2.1 离合器转矩容量的确定

离合器的基本结构是摩擦传动机构，离合器依靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递转矩。所以可根据摩擦定律表示出离合器转矩容量公式：

(3.1) 式中：为离合器转矩容量；

f为摩擦面间的静摩擦因数，一般取0.25—0.30；

F为作用在摩擦面上的总压紧力，单位N；

为摩擦片的平均摩擦半径，单位m；

Z为摩擦面数，单片为2，双片为3。

摩擦片上工作压力F一般在设计离合器时假设摩擦片上压力均匀分布：

(3.2)式中：为摩擦面上均匀压力，单位N；

A为摩擦面积，单位；

D为摩擦片外径，单位m；

d为摩擦片内径，单位m。

式(3.1)中有效作用半径公式如下：

(3.3) 式中：D为摩擦片外径，单位m；

d为摩擦片内径，单位m。

将式(3.2)与式(3.3)代人式(3.1)得：

(3.4)式中：为摩擦片内、外径之比，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，设计时应应大于发动机最大转矩，确定离合器转矩容量时应含有设计因子，即：

(3.5) 式中：为发动机最大转矩，单位；

为设计因子，称为后备系数，必须大于1。

后备系数，均匀压力，摩擦片内外径d、D以及摩擦片厚度b为离合器基本性能参数。

3.2.2 离合器主要基本性能参数的确定

（1）摩擦系数f的确定

影响离合器摩擦系数的因素很多，很复杂，本设计不详细讨论，通过查阅文献资料并与企业咨询后确定取f=0.25[14-18]。

（2）离合器后备系数的确定

后备系数保证了离合器可靠的传递发动机转矩的同时，有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。主要作用是：

①保证离合器在摩擦片磨损后仍然可以可靠地传递发动机转矩；

②防止离合器滑磨过大，防止传动系过载。

目前进行离合器设计时，主要是参照已有的经验和统计资料，根据汽车的使用条件、离合器的结构形式特点初选后备系数。推荐选用的后备系数如下：

小轿车：；

载货车：；

带拖挂的重型车或牵引车：。

本次设计选择选择范围在，取。

（3）单位压力的确定

单位压力对离合器使用寿命影响很大，目前离合器设计时单位压力推荐选择范围如下：

石棉基材料=0.10～0.35MPa；

粉末冶金材料=0.35～0.60Mpa；

金属陶瓷材料=0.70～1.50MPa；

对于采用有基材料为基础的摩擦片：当小轿车时，，

时，；

对于载货汽车时，，时，。

本设计采用粉末冶金材料，取0.35MPa。

（4）内外、径D、d以及摩擦片厚度b的确定

摩擦片外径是离合器的基本尺寸，关系到离合器的结构重量和使用寿命，与离合器传递的转矩大小有一定关系。一般采用下式确定：

(3.6)

在上述公式中代入、、、，可得

，通过查阅离合器摩擦片尺寸系列参数表3.1并进行对比计算后：可得与最接近的是，所以摩擦片外径D=430mm，内径d=230mm，厚度b=4mm。

离合器尺寸应符合尺寸系列标准GB5764—86《汽车用离合器盖片》，所选外径D应使摩擦片最大圆周速度在65m/s-75m/s之间，根据下式：

(3.7) 式中：为发动机起步转速，代入摩擦片外径D=430mm可得

,符合设计要求。

3.2.3 离合器从动盘总成设计

从动盘总成的设计主要包括从动片、从动盘毂、摩擦片等的设计。设计从动盘时应满足以下要求：

①为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应该尽可能小；

②为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布更为均匀等，从动盘应具有轴向弹性；

③为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减振器；

④从动盘总成要有足够的抗爆裂强度。

（1）从动片设计

设计从动片时，为了获得最小的转动惯量、尽量减轻从动片重量、并使质量分布尽可能的靠近旋转中心；从动片一般都做得较薄，通常用1.3~2.0mm厚的钢板冲制而成。同时为了使离合器结合平顺，保证汽车起步平稳，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的。

根据式(3.6)确定出的摩擦片内、外径值，本次设计从动片采用组合式弹性从动片。（2）从动盘毂设计

发动机转矩是通过从动盘毂的花键孔输出的，变速器第一轴就插在该花键孔内。目前从动盘毂和变速器第一轴的花键结合方式都采用齿侧定心的矩形花键。

本设计根据GB15758-2008花键标准以及SAE矩形花键尺寸系列，同时结合离合器生产实际情况选择花键毂尺寸为：

花键外径内径，齿宽，齿数；花键毂轴向长度一般取花键外径的1.2~1.4倍，本设计选择花键轴向长度为花键外径的倍，结合实际生产加工取整后得花键轴向长度为，通过查表得有效长度。

（3）摩擦片与从动片连接方式选择

目前摩擦片的连接方式主要有铆接和粘接两种，其中铆接法应用较为广泛。铆接法连接的从动盘总成在摩擦片磨损后更换方便，粘接发连接的从动盘总成中不光无法更换磨损的摩擦片，同时无法在粘接的从动盘总成中安装波形弹簧片；所以从动盘总成轴向弹性差。

因此本设计采用铆接法连接摩擦片和从动片。

3.2.4 压盘和离合器盖设计

在离合器盖总成中，压盘和离合器盖是除膜片弹簧外最主要的零部件，对离合器性能影响很大，需进行专门的设计。

（1）压盘的设计

①压盘传力方式的选择

压盘驱动形式的共同缺点是联接件间有间隙，在传力开始的一瞬间将产生冲击和噪声，并且随着磨损的增大而加大了冲击。根据方案分析，采用传动片连接压盘和飞轮。

②压盘几何尺寸的确定

压盘设计时应当满足以下三点要求：

1）具有足够的质量，能够吸收摩擦片在工作过程中产生的热量；

2）具有足够大的刚度和合理的结构形状，保证在受热的情况下不至于因产生翘曲变形而影