离合器设计解析课件.pptx
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- 离合器 设计 解析 课件
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1、一、离合器的功用v1.确保起步平稳切断和实现对传动系的动力传递,切断和实现对传动系的动力传递,以保证汽车起步时将发动机与传动以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地结合,确保汽车平稳起步。系平顺地结合,确保汽车平稳起步。在换挡时将发动机与传动系分离,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。减少变速器中换挡齿轮之间的冲击。在工作中受到大的动载荷时,在工作中受到大的动载荷时,能限制传动系所受的最大转矩,能限制传动系所受的最大转矩,防止传动系各零件因过载而损坏。防止传动系各零件因过载而损坏。 有效地降低传动系中的振动与噪声。有效地降低传动系中的振动与噪声。v4. 减振降噪v3.
2、限制过载v2. 减少冲击v二、摩擦离合器构成:二、摩擦离合器构成: 主动部分:从动盘、减振弹簧、花键、从动盘毂 操纵机构:分离叉、分离弹簧、离合器踏板及传动部件、回位弹簧 从动部分: 压紧部分:发动机飞轮、离合器盖、压盘压紧弹簧 分离杠杆要有足够的刚度,在分离轴承推力作用下不变形分离杠杆要有足够的刚度,在分离轴承推力作用下不变形Tc=Temax后备系数后备系数v 1.可靠地传递发动机最大转矩Temax F措施:v 3.主动与从动部分分离要彻底 分离时压盘从动盘之间要有足够大的间隙分离时压盘从动盘之间要有足够大的间隙 单盘单盘0.851.3mm 从动盘片上开槽从动盘片上开槽I作用:排屑、避免吸附
3、作用作用:排屑、避免吸附作用v 2.接合平顺柔和确保起步平稳F措施: 将从动盘做成具有弹性的盘将从动盘做成具有弹性的盘 在从动盘上装波形钢片在从动盘上装波形钢片三、对离合器的要求 在离合器壳上开散热孔在离合器壳上开散热孔F措施:v 4. 从动部分转动惯量要小 减轻换挡时的冲击、减小同步器齿轮磨损 将飞轮压盘上的质量设计得重些将飞轮压盘上的质量设计得重些 中间压盘铸通风槽中间压盘铸通风槽v 6.避免传动系扭转共振,具有吸振、缓冲击和减噪能力v 5.吸热能力高,散热能力好 分离杠杆设计凸起,用以鼓风分离杠杆设计凸起,用以鼓风 从动盘片上开槽散热从动盘片上开槽散热v 8. 使用中,作用在从动盘上的压
4、力和摩擦材料的摩擦因数变化要小F推式膜片弹簧离合器推式膜片弹簧离合器拉式结构拉式结构F发展方向:v 7. 操纵轻便、准确减轻驾驶员疲劳v 9. 具有足够的强度和良好的动平衡工作可靠、寿命长v 10. 结构简单、紧凑、质量小,制造工艺好,拆装、维修、调整方便F传统操纵形式传统操纵形式自动操纵形式自动操纵形式分类分类依据 分类 备注 单片 轿、轻型车 双片 重、轻型车 从动盘数目 多片 圆周布置 轻、中型车 中央布置 重型车 压紧弹簧布置形式 斜向布置 圆柱弹簧 圆锥弹簧 重型车 压紧弹簧种类 膜片弹簧 各式汽车 拉式 作用力方向 推式 一、从动盘数的选择周布弹簧离合器周布弹簧离合器 优点:结构简
5、单,制造容易,应用较为广泛优点:结构简单,制造容易,应用较为广泛 缺点:受离心力产生严重变形,弹簧易受热退火缺点:受离心力产生严重变形,弹簧易受热退火 特点:弹簧压紧力是通过杠杆放大后作用于压盘上特点:弹簧压紧力是通过杠杆放大后作用于压盘上, 可选择刚度较小的弹簧可选择刚度较小的弹簧中央弹簧离合器中央弹簧离合器 特点:膜片弹簧具有非线性的特点特点:膜片弹簧具有非线性的特点膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器 特点:摩擦片磨损后,弹簧压紧力基本不变特点:摩擦片磨损后,弹簧压紧力基本不变斜置弹簧离合器:斜置弹簧离合器: 二、压紧弹簧和布置型式的选择压紧力:压紧力:F1= FQ cos膜片弹簧结构特点:膜片
6、弹簧结构特点:优点:优点: 缺点:缺点:制造工艺及尺寸精度要求严格使生产工艺复杂。制造工艺及尺寸精度要求严格使生产工艺复杂。 1) 弹簧压紧力在摩擦片允许磨损的范围内基本不变弹簧压紧力在摩擦片允许磨损的范围内基本不变2) 结构简单,轴向尺寸小,零件数目少结构简单,轴向尺寸小,零件数目少3) 操纵轻便,省力操纵轻便,省力 4) 高速旋转时性能较稳定高速旋转时性能较稳定5) 压力分布均匀,摩擦片磨损均匀压力分布均匀,摩擦片磨损均匀6) 散热通风好,使用寿命长散热通风好,使用寿命长7) 平衡性好平衡性好8) 有利于批量生产,降低制造成本有利于批量生产,降低制造成本接合处接合处 膜片弹簧离合器拉式和推
7、式主要区别主要区别膜片弹簧安装方向相反,支承方式不同膜片弹簧安装方向相反,支承方式不同形式 特点 拉式 推式 膜片弹簧大端 支承在离合器盖上 压在压盘上 膜片弹簧中部 压到压盘上 支撑在支点上 分离轴承移动方向 向右 向左 当离合器尺寸、当离合器尺寸、Temax相同时相同时 。拉式和推式膜片弹簧离合器 特点比较拉式离合器拉式离合器 缺点:缺点: 1) 需专门的分离轴承,结构较复杂,安装与拆卸较困难。需专门的分离轴承,结构较复杂,安装与拆卸较困难。2) 分离行程较大。分离行程较大。三、膜片弹簧支承型式v3. 无支承环v 2. 单支承环v1. 双支承环型式:型式:按支承环数目分为三种按支承环数目分
8、为三种v 4. 拉式膜片弹簧支承型式四、压盘的驱动方式v凸块凸块窗孔式窗孔式型式:型式:凸块凸块窗孔式、销钉式、键块式、钢带式窗孔式、销钉式、键块式、钢带式v销钉式销钉式v键块式键块式v钢带式钢带式 为单片离合器长期采用的传统结构为单片离合器长期采用的传统结构 用于双盘离合器用于双盘离合器 用于驱动中间压盘用于驱动中间压盘 轴向或径向布置轴向或径向布置特点:特点:无摩擦和磨损,无传动间隙,效率高,无摩擦和磨损,无传动间隙,效率高,无噪声,定中精度高,使用中平衡性好无噪声,定中精度高,使用中平衡性好一、静摩擦力矩Tc的计算 结构上:结构上:Tc= fFZRc (2-2) 离合器后备系离合器后备系
9、数,反映离合器传数,反映离合器传递发动机最大转矩递发动机最大转矩的可靠程度的可靠程度 要求:要求:TcTemax. 取:取:Tc Temax(2-1)( 1)f静摩擦因数静摩擦因数 0.250.30F工作压力工作压力Rc摩擦片的平均摩擦半径摩擦片的平均摩擦半径Z摩擦面数摩擦面数(从动盘数的从动盘数的2倍倍) 式中:式中: 离合器传递转矩的能力取决于摩擦面间的静摩擦力矩离合器传递转矩的能力取决于摩擦面间的静摩擦力矩Tc:1. 设工作压力均匀:设工作压力均匀:当当d/D0.6时,时,Rc=(D+d)/ 4p0摩擦面单位压力;摩擦面单位压力;将将(2)、(3)代入代入(1): 223331dDdDR
10、c4)(2200dDpApF(2-3)D、d摩擦片外、内径摩擦片外、内径2. Rc(为摩擦片平均半径为摩擦片平均半径): (2-4))1 (12330cDpZfTc(2-5)3. Tc:c= d/D,一般取,一般取 c= 0.530.70式中:式中:二、离合器基本参数的选择摩擦片磨损后,离合器还能可靠地传递发动机最大转矩摩擦片磨损后,离合器还能可靠地传递发动机最大转矩 选取选取原则原则 : 和和 p0 、D 和和 d 及及 b 基本参数:基本参数: 1. 后备系数后备系数: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,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,要防止离合器滑磨过
11、大要防止离合器滑磨过大要能防止传动系过载要能防止传动系过载 =Tc/ Temax考虑以下因素,考虑以下因素,不宜选取过大不宜选取过大防止传动系过载防止传动系过载紧急接合离合器,紧急接合离合器,TC(23)Temax不松开离合器、紧急制动,不松开离合器、紧急制动,TC=(1520)Temax保证离合器尺寸小,结构简单。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)减少踏板力,操纵轻便。(单位压力小)发动机缸数多,转矩平稳,发动机缸数多,转矩平稳, 可取小些。可取小些。膜片弹簧离合器可以取小。(压紧力稳定)膜片弹簧离合器可以取小。(压紧力稳定)1)离合器使用:频繁,)离合器使用:
12、频繁, p0 取小些取小些 ,反之,反之p0取大些;取大些;2. 单位压力单位压力p0影响影响因素:因素:2)发动机后备功率大小:较小,)发动机后备功率大小:较小, p0 取小些取小些 ,反之,反之p0取大些;取大些;3)离合器外径:)离合器外径:D大,大, p0 取小些取小些 ,反之,反之p0取大些;取大些; p0的推荐值:的推荐值: 石棉基石棉基 : p0=0.100.35MPa粉末冶金粉末冶金 : p0=0.350.60MPa金属陶瓷金属陶瓷 : p0=0.701.50MPa下列因素要求下列因素要求不宜选取过小不宜选取过小衬片磨损后,仍能可靠传递衬片磨损后,仍能可靠传递TemaxTema
13、x,宜取大些。宜取大些。防止离合器接合时滑磨过大,导致寿命下降;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;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,柴油机因工作粗暴,转矩不平稳,宜取大些。宜取大些。 车型车型轿、微、轻型货车轿、微、轻型货车 1.201.75 中、重货车中、重货车 1.502.25 越、牵引车越、牵引车 1.804.00 3 3、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:知,适当选取后备系数和单位
14、压力,可估算:摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按经验公式选用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式中KD为直径系数,取值见表为直径系数,取值见表2-3。30max)1(123cfZpTDemaxeDTKD 参数 车型 直径系数 KD 轿车 14.6 单片 16.018.5 货车 双片 13.515.0 重型货车 22.524.0 当D确定后,d 可按可按d/D在在0.530.70来确定来确定;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
15、速度不超过65-70m/s,以免摩擦片发生飞离。 厚度厚度b :主要有:主要有:3.2mm,3.5mm,4.0mm三种三种内径内径d d :4、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙t摩擦因数摩擦因数 f 取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位压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。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影响较大,而粉末冶金和金属陶瓷的摩擦因数较大
16、且稳定。定。 各种材料的各种材料的 f 见表见表2-4。Z摩擦面数摩擦面数(从动盘数的从动盘数的2倍倍)间隙间隙t t一般为一般为3 34 4 mmmm一、离合器基本参数的优化 特点:特点: f (F,D,d) ;p0 f (F,D,d) 目标:目标:保证离合器性能要求下,使结构尺寸最小保证离合器性能要求下,使结构尺寸最小v2. 目标函数v1. 设计变量 基本参数:性能参数、尺寸参数基本参数:性能参数、尺寸参数TTDFxxxX 321d )(4min)(22dDxf(1) D(mm)的选取应使VD 6570m/s(2)内外径比c的限定范围(3)的限定范围v 3. 约束条件7)(2 /70651
17、0603maxsmDnVeD70.053.0 c0.42.1(4)d 的限定范围5020 Rd减振器弹簧位置直径mm 单位摩擦面积传递转矩的许用值TC0单位摩擦面积传递的转矩(Nm/mm2);TC0TC0的允许值(Nm/mm2)。v 式中:(5) 离合器的能力限定范围F 要求:在保证要求:在保证离合器传递转矩离合器传递转矩并保护过载的要并保护过载的要求下,单位摩擦求下,单位摩擦面积传递的转矩面积传递的转矩应小于其许可值应小于其许可值)82( )(40220CCTdDZTcT(Nm/mm2)离合器规格D/mm210210250250325325TC010-20.280.300.350.40(6)
18、 离合器热负荷对p0的限定范围MPa50.1MPa10.00 p(7) 离合器滑磨功的限定范围F 要求:减少滑磨、要求:减少滑磨、防止温度过高,单防止温度过高,单位摩擦面积滑磨功位摩擦面积滑磨功应小于其许可值应小于其许可值9)(2 )(422wdDZWwv式中:w单位摩擦面积滑磨功单位摩擦面积滑磨功(J/mm2);ww的允许值的允许值(J/mm2); 单位摩擦面积滑磨功许用值(J/mm2)w车型轿车0.40轻货0.33重货0.25W汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功(J)。)。W的计算:的计算:10)(2 1800220222graeiirmnW
19、v 式中:ma汽车总质量(kg);ne发动机转速,计算时轿车取2000r/min,货车取1500r/min。 i0 主减速器传动比; ig起步时变速器挡位传动比; rr 轮胎滚动半径(m);二、膜片弹簧的载荷变形特性v 1. 膜片弹簧载荷与变形的关系R1Hr1rf1F1F1rfrfF2F211f2f2a)自由状态b)压紧状态c)分离状态膜膜片片弹弹簧簧在在接接合合与与分分离离状状态态时时的的受受力力及及变变形形(2-11)(1) 压紧力F1与膜片大端变形1的关系 )2)()()/ln()1 (6)(21111112112111hrRrRHrRrRHrRrREhfFv 式中: E材料的弹性模量,
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