离合器设计 南昌大学科技学院 离合器的基本功用     1、汽车起步时，使高速旋转的发动机与静止的传动系平顺接合，确保汽车平稳起步；     2、变速换挡时，切断动力传递，减轻换挡时齿轮间的冲击；     3、传递转矩过大时，通过离合器的滑磨，防止传动系过载（如紧急制动时）。 对离合器的基本要求     1、既能可靠传递最大转矩，又能防止过载；     2、接合平顺、柔和，分离迅速、彻底；     3、性能稳定可靠、使用寿命长；     4、转动惯量要小，并具有一定的吸振、降噪的能力；     5、通风散热性好；     6、结构简单、紧凑，便于制造、维修，方便操作；     7、具有良好的动平衡特性。     （2）R、r的选择      R/r一般为1.2～1.35。压式离合器R值取大于或等于摩擦片的平均半径Rc，拉式离合器r值取大于或等于Rc，且对于同尺寸摩擦片，拉式R值较压式大。     当摩擦片内、外径之比≥0.6时，也可用下式计算：     另外，从结构上还要求R应大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。当H、h、R/r不变时，增加R将有利于膜片弹簧应力下降。      式中：R′、r′分别为摩擦片外圆和内圆半径。     （3）锥角α的选择     通常α在9°～15°之间。     （4）膜片弹簧工作点位置的选择     自由状态                 压紧状态                 分离状态     膜片弹簧不同工作状态下的变形       B点：通常为λ1B=（0.8～1.0）λ1T，即处在工作位置时，其大端变形量为：       A点：主要确保当摩擦片磨损后达到极限位置时，仍然能提供足够的压紧力，Δλ可按下式估算：     式中：Z为摩擦面数，单片离合器Z=2，双片离合器Z=4；           ΔS0为摩擦片允许的极限磨损量，一般取0.8mm。       C点：离合器完全分离时膜片弹簧的工作位置，λ1f可按下式估算：     式中：Z为摩擦面数，单片离合器Z=2，双片离合器Z=4；           ΔS为彻底分离时摩擦副间的间隙，一般取0.8～1.3mm。     （5）分离指数目n的选择       通常为18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸的可取12。     （6）小端内半径r0即分离轴承作用半径rf的选择      r0应大于变速器输入轴半径，而rf则应大于r0。     （7）切槽宽度δ1、δ2和半径re的确定     δ1=3.2～3.5mm，δ2 =9～10mm，re应满足r-re=≥δ2。     （8）压盘加载点R1和支承圈加载点r1的确定     r1应略大于r且尽量靠近r，R1应略小于R且尽量靠近R。     2、膜片弹簧的弹性特性     自由状态                 压紧状态                 分离状态     1）压紧力F1与膜片弹簧大端变形量λ1的变化关系：     2）分离轴承端压紧力F2与大端变形量λ1的变化关系：     上述式中：    μ为材料的泊松比，对于钢为0.3；    E为材料的弹性模量，钢为2.1×105MPa;    R、R1、r、r1、rf、H、h参见右图。         注：将（4-4）中的λ1B代入（4-7），可计算出处于工作状态下对压盘的压力，从而得到对摩擦片的单位压力p0，求得Tc后校核离合器后备系数β。     3）膜片弹簧的弹性特性曲线：     通过式（4-7）可绘制如下所示的Ｆ1-λ1特性曲线：     3、膜片弹簧的强度计算     其最大应力发生在分离指根部（如图所示），其最大应力σ可按下式计算：     注：当λ1f＜λσmax，（4-7）（4-8）中的λ1取值为λ1f；         当λ1f≥λσmax，（4-7）（4-8）中的λ1取值为λσmax；                        上述各式中各参数参见（4-7）、（4-8）。       要求σ [σ],国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料，其许用应力[σ]可取可提高至1700～1900MPa。     4、膜片弹簧的热处理       1）强压处理（压平12-14小时）；       2）表面喷丸处理；       3）分离指端高频淬火后镀铬、镉或四氟乙烯等。 五、扭转减振器的设计      扭转减振器起着调协传动系固有频率，避免共振和缓和冲击的作用。      根据特性可分为线性（适用于汽油机汽车）和非线性（广泛用于柴油机汽车）两种。     1、极限转矩Tj      极限转矩Tj是减振器消除限位销与从动盘毂缺口间间隙Δ1时所能传递的最大转矩。   式中：商用车系数为1.5，乘用车系数为2.0；         Temax为发动机最大转矩。 减振器尺寸简图 为了较精确的选取Tj，可按下式进行计算：   式中：G2为满载时驱动桥上的静载荷，G2=k×mmax，         k为载荷分配系数，轿车为0.5～0.6,商用车为0.6～0.8；         mmax为汽车满载时总质量；φ为附着系数，通常取0.8；         i0为主减速比，i1为变速器一挡传动比；r0为车轮滚动半径。     2、扭转角刚度C(N.m/rad)       扭转角刚度C是指离合器从动片相对于从动盘毂转1rad(1°)所需要的转矩(无阻尼片时)。 一、摩擦离合器结构形式的选择      摩擦离合器通常由从动盘、压盘及其驱动装置、压紧弹簧、分离操纵机构、分离轴承和离合器盖等组成。     1、从动盘数 (a)单片离合器      结构简单     调整方便     分离彻底     散热性好     适合转矩 1000N.m的场合 特点: 单片离合器 (b)双片离合器      能传递更大转矩     结合更加平顺、柔和     调整困难易分离不彻底     中间压盘散热困难     径向尺寸小而轴向尺寸大     分离行程大     转动惯量大对换挡不利 与单片式相比，特点有: 双片离合器     2、从动盘结构型式 (1)总体结构 (2)弹性从动盘形式（轴向弹性） (a)整体式     使离合器接合柔和、起步平稳。 特点:     结构简单，加工方便，但很难保证各扇形部分刚度一致。 (b)分开式 特点:     波形弹簧片刚度基本一致（用一个模具加工）；     转动惯量更小（弹簧片厚度比从动片更薄，仅0.7mm）。     多用于从动盘直径 380mm的轿车和轻型货车上。 (c)组合式 特点:     刚度大、稳定性好，但转动惯量大。     常用于从动盘直径 380mm的中、重型载货汽车中。  （多用于重型汽车双片离合器，其减振器单独设计） （广泛用于各种轿车和轻、中、重型货车上）     (3)扭转减振器     为了避免共振，缓和传动系所受到的冲击载荷。 不带扭转减振器 带扭转减振器     3、压紧弹簧形式 (a)周布螺旋弹簧     结构简单     制造方便     弹簧数目多     操纵机构需加力装置     高速时（ 5000r/min)弹簧易弯曲而降低压紧力     弹簧易受压盘热而回火失效     磨损后压盘压紧力无法调整（设计时β取大值） 特点: (b)中央弹
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