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1、1 1首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第三章离合器设计DateDate2 2首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第三章 离合器设计 本章主要学习：（1）离合器设计的基本要求；（2）各种形式离合器的特点及应用；（3）离合器基本参数的选择； （4）蝶形弹簧主要参数的选择； （5）离合器的操纵。 DateDate3 3首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第三章 离合器设计q 第一节 概述 q 第二节 离合器接合过程 q 第三节 离合器的结构选择 q 第四节 离合器主要参数的选择 q 第五节 离合器压缩弹簧的设计q 第六节 离合器的操纵机构 q DateDate
2、4 4首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第一节 概述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)车辆起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保车辆平 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。DateDate5 5首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院摩擦离合器主要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
3、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。 DateDate6 6首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院2、从动部分从动盘本体从动盘毂减振器盘压盘飞轮摩擦片从动部分是由单片、双 片或多片从动盘所组成，它 将主动部分通过摩擦传来的 动力传给变速器的输入轴。 从动盘由从动盘本 体，摩擦片和从动 盘毂三个基本部分 组成。为了避免转 动方向的共振，缓 和传动系受到的冲 击载荷，大多数汽 车都在离合器的从 动盘上附装有扭转 减震器。 DateDate7 7首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学
4、院DateDate8 8首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院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， 且具有一定的能力储备 。2）接合时平顺柔和，保证车辆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
5、工艺性好，维修、调整方便等 。 DateDate9 9首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院q 第二节 离合器的接合过程一、工作原理摩擦式 正压力差速摩擦力Tc从动 主从件具有相对转对转 速，压紧压紧 力作用下，主从件 之间产间产 生摩擦力，对对回转转中心产产生的力矩使主从件 转转速发发生变变化，转转速高的转转速下降，转转速低的转转速 上升，当主从件转转速相同时时，接合完毕毕。离合器摩擦力DateDate1010首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院q 二、接合过程主离合器接合过程的力学模型 假设：在滑磨接合过程中，离合器摩擦转矩始终都等于最大值 ；发动机发出的转矩和外界阻
6、力矩均保持常数为。 DateDate1111首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院换算到离合器主动盘上的发动机转动惯量（）； 换算到离合器从动盘上的机械转动惯量（）； 主动盘的角减速度（）； 从动盘的角加速度（）。DateDate1212首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院计算Je时可按下式计算： Je=1.2Jf 式中 Jf 发动机飞轮的转动惯量（kgm2）。计算Jn时，仅把Jn看成是机械平移质量换算到离合器从动轴上的转动惯量。根据动能相等的原理进行换算， 而可得：式中 整机质量（kg）； 车轮动力半径或驱动链轮节圆半径（m）；传动系总传动比。DateDate1313首
7、页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院离合器在机械起步时的接合过程Mn：由滚阻和上坡阻力引起M：可变，随的增大而增 大， ：0 max， 则M：0 Tcmax 第一阶段：0t1，M：0T MMn，车不动，n0 相对转速 hene第二阶段：t1t2，MMn，e ，n ，相对转速：hen 第三阶段：t2： en，相对转速：h0，接合后，变为静摩擦。DateDate1414首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第三节 离合器的结构选择 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 斜向布置等根据使用的 压紧弹簧形式圆柱螺
8、旋弹簧 圆锥螺旋弹簧 蝶形弹簧离合器根据分离时所受 作用力的方向拉式 推式DateDate1515首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院1从动盘数的选择 单片离合器结构简单，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。双片离合器传递转矩的能力 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。单片离合器 双片离合器 多片离合器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。 DateDate1616首页上页下
9、页末页结束机械与材料学院机械与材料学院2、摩擦片工作条件的选择 湿式离合器：离合器的工作可靠性和使用寿命高 ，使用寿命可达干式离合器的56倍。所以湿式离合 器适用于恶劣的工况(频繁的结合，重负荷下的起步等 )下使用。湿式摩擦表面的摩擦系数较小，但可大大提 高许用比压，可通过增加压紧力使摩擦片尺寸减小， 故在铲土运输机械上应用较多。结构复杂。干式离合器：其结构简单，摩擦表面的摩擦系数 较湿式高34倍，则传递相同的转矩时，干式压紧力 小，操纵省力。故在工程机械上广泛被采用。散热差 ，磨损大。DateDate1717首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院3、压紧机构型式的选择 杠杆压紧机构
10、常开式离合器，常用于履带式 工程机械，特别是对于经常停车，起步，倒车的推土 机尤为适宜。弹簧压紧机构常闭式离合器。 4、操纵机构的选择 机械式、液压式、气压式DateDate1818首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院5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
11、上。 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。 DateDate1919首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院蝶形弹簧离合器的优点：蝶形弹簧离合器 1）蝶形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；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；7）有利于大批量生产，降低制造成本。 蝶形弹簧的制造工艺较复杂，对材质和尺寸 精度要求高。近年来，蝶形弹簧离合器不
12、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。 DateDate2020首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院第四节 离合器主要参数的确定片式摩擦离合器的主要参数有摩擦转矩，储 备系数，摩擦副数量和摩擦衬片的内外径等。前两个 参数主要表征离合器的工作能力，可称为性能参数， 后两个参数则说明离合器结构的一些特点，可称为结 构参数。这两个参数之间具有内在联系并相互影响。 一、 离合器的摩擦转矩离合器的摩擦转矩Mm由摩擦表面上的压紧 力P所产生的，摩擦转矩Mm与离合器所具有的摩擦副 数量，摩擦工作面的材料特性和结构尺寸以及压紧力 的大小有关，其关系式为 DateD
13、ate2121首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院离合器的最大摩擦转矩（Nm）；摩擦系数，可参考表3-3-1选取；压在摩擦表面上的压紧力（N）；摩擦力作用等效半径（m）；摩擦副数量，Z=m+n-1，其中m为主动片的数量 ，n从动件的数量；压紧力损失系数，考虑压紧力在逐片顺次传递过 程中要克服花键等联接中的滑动摩擦力而渐次减小所造成的损 失系数。参见表5-2。， 花键轴导向面与摩擦片内齿的摩擦系数，对干式 0.130.30，湿式 0.060.08。 与摩擦副数量和摩擦片工作条件有关。DateDate2222首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院假定压紧力P是均匀分布在摩擦表
14、面上，所以：式中 q摩擦表面的单位压力（比压）（Mpa ）；A摩擦副的面积（m2）。 当摩擦面为环状时，每个摩擦副的面积A：式中 D2、D1 摩擦衬片的外径和内径（m）。对湿式离合器而言，摩擦副的面积为扣除油槽面积 A后的有效摩擦工作面面积A1。对径向油槽 A为(0.10.2)A； 对螺旋油槽A=(0.350.4)A；对螺旋径向油槽 A为 (0.450.6)A，故 A1 =A-ADateDate2323首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院q 当摩擦面为环状时，摩擦力作用等效半径Rd可足够 精确地取为摩擦衬片外径D2和内径D1的平均值： 均压： , 施加在摩擦面上的单位压力， 离合器
15、的Mc值，只有在结构设计完毕后才确定。 DateDate2424首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院二、离合器基本参数的选择 基本参数主要有性能参数和q，尺寸参数D2和D1及摩擦 片厚度b。 1储备系数储备系数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。DateDate2525首页上页下页末页结束机械与材料学院机械与材料学院因此，在选择时应考虑以下几点：1）为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；2）为减少传动系过载，保证操纵轻便，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，可选取小些 ；4）当使用条件恶劣，为提高起步能力、减少离合器滑磨， 应选取大些；5）车辆总质量越大，也应选得越大；6）柴油机工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽 油机大些；7）发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；8）蝶形弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；9）双片离合器的值应大于单片离合器。 DateDate2626首
