离合器设计.pptx

汽车的传动系布置示意图汽车的传动系布置示意图第二章第二章 离合器设计离合器设计 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 第三节第三节 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择 第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计 第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构 第七节第七节 离合器主要零部件的结构设计离合器主要零部件的结构设计学习重点：膜片弹簧离合器及其工作特性学习重点：膜片弹簧离合器及其工作特性 离合器在整车中处于的位置离合器在整车中处于的位置 发动机发动机离合器离合器变速器变速器 离合器起到的作用：在必要时切断发动机传来的动力。离合器起到的作用：在必要时切断发动机传来的动力。离合器经常处于结合状态，只有在使用时脱开。离合器经常处于结合状态，只有在使用时脱开。第一节第一节第一节第一节 概述概述概述概述离合器组成及工作原理示意图离合器组成及工作原理示意图飞轮飞轮从动盘从动盘压紧压紧弹簧弹簧从从动动轴轴发动机曲轴发动机曲轴踏踏 板板 1.离合器的结构及工作原理 a.结合状态结合状态 b.分离状态分离状态从动盘轮毂从动盘轮毂 主动部分：飞轮主动部分：飞轮 从动部分：从动盘、从动轴从动部分：从动盘、从动轴 压紧机构：压紧弹簧压紧机构：压紧弹簧 操纵机构：离合器踏板、分离叉、分离轴承操纵机构：离合器踏板、分离叉、分离轴承S基本结构基本结构 1.1.离合器的结构及工作原理离合器的结构及工作原理工作原理工作原理:摩擦力：摩擦力：F=P*uP压力；压力；u摩擦系数。摩擦系数。离离合合器器分分离离过过程程离合器的工作过程离合器的工作过程离离合合器器结结合合过过程程2.2.离合器的分类离合器的分类按压紧弹簧的形式与布置分为：按压紧弹簧的形式与布置分为：（2 2）膜片弹簧离合器）膜片弹簧离合器（1 1）周布弹簧离合器）周布弹簧离合器膜片弹簧膜片弹簧从动盘从动盘螺旋弹簧螺旋弹簧压压 盘盘离合器壳离合器壳（1 1）周布弹簧离合器）周布弹簧离合器 压紧机构：压盘四周均匀排列的螺旋弹簧。压紧机构：压盘四周均匀排列的螺旋弹簧。周布弹簧离合器工作原理示意图周布弹簧离合器工作原理示意图螺旋弹簧螺旋弹簧压盘压盘飞轮飞轮从动盘从动盘（2 2）膜片弹簧离合器）膜片弹簧离合器 组成：主动部分（发动机飞轮、压盘及离合器壳）组成：主动部分（发动机飞轮、压盘及离合器壳）从动部分（从动盘）从动部分（从动盘）压紧机构（膜片弹簧）压紧机构（膜片弹簧）操纵机构（离合器踏板、分离叉、分离轴承）操纵机构（离合器踏板、分离叉、分离轴承）膜片弹簧：膜片弹簧：用薄弹簧钢板制成，用薄弹簧钢板制成，带有锥度。带有锥度。碟簧部分碟簧部分分离指部分分离指部分膜片弹簧：膜片弹簧：整体呈锥形；整体呈锥形；由分离指和碟簧由分离指和碟簧两部分组成。两部分组成。b.b.分离状态分离状态膜片弹簧离合器工作原理示意图膜片弹簧离合器工作原理示意图a.a.压紧工作状态压紧工作状态从从动动盘盘飞飞轮轮压压盘盘膜膜片片弹弹簧簧分离间隙分离间隙1mm1mm膜片弹簧与螺旋弹簧的弹性特性曲线膜片弹簧与螺旋弹簧的弹性特性曲线螺旋弹簧螺旋弹簧膜片弹簧膜片弹簧装配预压点装配预压点完全分离点完全分离点磨损容许极限磨损容许极限离合器离合器膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器周布弹簧离合器周布弹簧离合器压紧机构压紧机构膜片弹簧（压紧、膜片弹簧（压紧、分离）分离）螺旋弹簧（压紧）螺旋弹簧（压紧）高速平衡性平衡性高速平衡性平衡性好好差差摩擦片使用寿命摩擦片使用寿命长长短短操纵轻便性操纵轻便性轻轻重重制造制造困难困难容易容易应用应用乘用车、货车乘用车、货车中、重型货车中、重型货车（3）膜片弹簧离合器与周布弹簧离合器对比）膜片弹簧离合器与周布弹簧离合器对比离合器的功用离合器的功用a.起步工况起步工况变速器置于空挡变速器置于空挡启动发动机到怠速状态启动发动机到怠速状态 离合器处于结合状态离合器处于结合状态发动机处于最小稳定转速发动机处于最小稳定转速离合器处于脱开状态离合器处于脱开状态离合器逐渐进入结合状态离合器逐渐进入结合状态离合器处于结合状态离合器处于结合状态踩离合器踩离合器挂挡挂挡逐渐放开离合器踏板逐渐放开离合器踏板踩加速踏板踩加速踏板完成起步完成起步直接挂挡直接挂挡产生瞬间的冲击产生瞬间的冲击发动机处于最小稳发动机处于最小稳定速度以下定速度以下熄火熄火如果没有离合器如果没有离合器保证汽车起步平稳保证汽车起步平稳b.换挡工况换挡工况离合器处于结合状态离合器处于结合状态可以达到同步可以达到同步离合器处于脱开状态离合器处于脱开状态离合器逐渐进入结合状态离合器逐渐进入结合状态离合器处于结合状态离合器处于结合状态X挡行驶挡行驶踩离合器踩离合器换挡换挡逐渐放开离合器踏板逐渐放开离合器踏板换挡完成换挡完成直接挂挡直接挂挡产生很大的冲击产生很大的冲击损坏传动元件损坏传动元件如果没有离合器如果没有离合器保证换挡工作平顺保证换挡工作平顺离合器的功用离合器的功用c.紧急制动工况紧急制动工况离合器处于结合状态离合器处于结合状态离合器打滑离合器打滑X挡行驶挡行驶紧急制动紧急制动主动盘与从动盘之间的主动盘与从动盘之间的力达到极限力达到极限防止传动系统过载防止传动系统过载发动机转速急剧降低发动机转速急剧降低产生很大惯性力矩产生很大惯性力矩过大的载荷，影响过大的载荷，影响传动元件寿命或损传动元件寿命或损坏传动元件坏传动元件如果没有离合器如果没有离合器防止传动系统过载防止传动系统过载离合器的功用离合器的功用离合器的常见故障离合器的常见故障故障现象故障现象故障原因故障原因排除方法排除方法打滑打滑1.摩擦片磨损变薄、硬化、有油污摩擦片磨损变薄、硬化、有油污2.压盘和飞轮连接螺栓松动压盘和飞轮连接螺栓松动3.膜片弹簧弯曲变形膜片弹簧弯曲变形1.更换摩擦片更换摩擦片2.紧固紧固3.校正或更换校正或更换发响发响发抖发抖1.分离轴承磨损或缺油分离轴承磨损或缺油2.从动盘铆钉松动从动盘铆钉松动3.从动盘花键与变速器输入轴配合松旷从动盘花键与变速器输入轴配合松旷1.注油或更换轴承注油或更换轴承2.紧定紧定3.更换从动盘更换从动盘1.从动盘翘曲从动盘翘曲2.弹簧力不均弹簧力不均3.扭转减震弹簧失效扭转减震弹簧失效1.更换从动盘更换从动盘2.校正校正3.更换从动盘更换从动盘第二章第二章 离合器设计离合器设计 设计要求满足设计要求满足设计要求满足设计要求满足：具有良好的传递转矩能力、具有良好的传递转矩能力、分离迅速彻底和接合平顺柔和、分离迅速彻底和接合平顺柔和、吸热和通风散热、吸热和通风散热、具备扭转减振、具备扭转减振、操纵轻便和准确、操纵轻便和准确、动平衡性好，动平衡性好，结构简单、紧凑、质量小、结构简单、紧凑、质量小、工艺性好、拆装和维修方便等。工艺性好、拆装和维修方便等。第二节第二节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。按其从动按其从动盘的数目盘的数目单片单片双片双片多片多片根据压紧弹簧根据压紧弹簧布置形式布置形式圆周布置圆周布置中央布置中央布置斜向布置等斜向布置等根据使用的根据使用的压紧弹簧形式压紧弹簧形式圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器根据分离时所受根据分离时所受作用力的方向作用力的方向拉式拉式推式推式1 1从动盘数的选择从动盘数的选择从动盘数的选择从动盘数的选择 单片离合器单片离合器（图（图2-1）结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修结构简单，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。合平顺。图图2-1 单片离合器单片离合器 1 1从动盘数的选择从动盘数的选择从动盘数的选择从动盘数的选择 双片离合器双片离合器（图（图2-2）传递转）传递转矩的能力较大，径矩的能力较大，径向尺寸较小，踏板向尺寸较小，踏板力较小，接合较为力较小，接合较为平顺。但中间压盘平顺。但中间压盘通风散热不良，分通风散热不良，分离也不够彻底。离也不够彻底。图图2-2 双片离合器双片离合器 多片离合器主要用于多片离合器主要用于行星齿轮变速器行星齿轮变速器换挡机构中。它具有接合平顺换挡机构中。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，主要应用于最大总质量大于最大总质量大于14t的商用车上。的商用车上。2 2压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择 周布弹簧离合器周布弹簧离合器的压的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较制造容易，因此应用较为广泛。当发动机最大为广泛。当发动机最大转速很高时，周置弹簧转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向由于受离心力作用而向外弯曲，使离合器传递外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。转矩能力随之降低。2 2压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择 中央弹簧离合器中央弹簧离合器的压紧的压紧弹簧，布置在离合器的中弹簧，布置在离合器的中心。可选较大的杠杆比，心。可选较大的杠杆比，有利于减小踏板力。通过有利于减小踏板力。通过调整垫片或螺纹容易实现调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整，多用于对压紧力的调整，多用于重型汽车重型汽车上。上。斜置弹簧离合器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，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。此结构在力较小的突出优点。此结构在重型汽车重型汽车上已有采用。上已有采用。斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器（1）衬片磨损后，弹簧伸长，则）衬片磨损后，弹簧伸长，则F，但，但后，后，cos，使得，使得F基本不变基本不变 F FF F 斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器（2）离合器分离时，弹簧被压缩，则）离合器分离时，弹簧被压缩，则F，但，但后，后，cos，使得，使得F基本不变基本不变 F FF F 2 2压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器 主动部分：飞轮主动部分：飞轮 从动部分：从动盘、从动轴从动部分：从动盘、从动轴 压紧机构：压紧弹簧压紧机构：压紧弹簧 操纵机构：离合器踏板、分离叉、分离轴承操纵机构：离合器踏板、分离叉、分离轴承S基本结构基本结构复习复习 离合器的结构及工作原理离合器的结构及工作原理工作原理工作原理:摩擦力：摩擦力：F=P*uP压力；压力；u摩擦系数。摩擦系数。第三节 离合器主要参数的选择要求：Tc=Temax Tc离合器静摩擦力矩离合器后备系数 根据摩擦定律，静摩擦力矩为F压盘加于摩擦片的工作压力压盘加于摩擦片的工作压力Rc摩擦片平均摩擦半径摩擦片平均摩擦半径Z摩擦面数目摩擦面数目第三节 离合器主要参数的选择 摩擦片摩擦片摩擦片摩擦片rR 摩擦片摩擦片摩擦片摩擦片rR其中：D=2R;d=2r D摩擦片外径；d摩擦片内径。第三节第三节第三节第三节 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为示为 （2-1）假设摩擦片上工作压力均匀，则有假设摩擦片上工作压力均匀，则有 （2-2）摩擦片的平均摩擦半径摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀根据压力均匀的假设，可表示为的假设，可表示为 （2-3）当当d/D0.6时，时，Rc可相当准确地由下式可相当准确地由下式计算计算 （2-4）将式将式（2-2）与式与式（2-3）代入式代入式（2-1）得得 式中，式中，c为摩擦片内外径之比，为摩擦片内外径之比，c=d/D，一，一般在般在0.530.70之间。之间。为了保证离合器在任何工况下都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，设能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时计时Tc应大于发动机最大转矩，即应大于发动机最大转矩，即 Tc=Temax （2-6）式中，式中，Temax为发动机最大转矩。为发动机最大转矩。为离合器的后备系数为离合器的后备系数，定义为离，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，动机最大转矩之比，必须大于必须大于1。v （2-5）当当当当D D不变时，若不变时，若不变时，若不变时，若C C取大了，取大了，取大了，取大了，dd则则则则TcTc或者或者或者或者p0 p0 则磨则磨则磨则磨损损损损，寿命，寿命，寿命，寿命 ；D D不变，不变，不变，不变，C C取小则取小则取小则取小则d d与与与与D D差值大，圆周速度相差大，差值大，圆周速度相差大，差值大，圆周速度相差大，差值大，圆周速度相差大，磨损不均匀，平整性被破坏，接触不良使磨损不均匀，平整性被破坏，接触不良使磨损不均匀，平整性被破坏，接触不良使磨损不均匀，平整性被破坏，接触不良使Tc Tc，虽，虽，虽，虽A A 但但但但Rc Rc ；c=d/DdDc一般在一般在0.530.70之间。之间。离合器基本参数的选择离合器基本参数的选择离合器基本参数的选择离合器基本参数的选择 基本参数主要有性能参数基本参数主要有性能参数和和0，尺寸参数，尺寸参数D和和d及摩擦片厚度及摩擦片厚度b。1后备系数后备系数 后备系数后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。因此，在选择转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。因此，在选择时应时应考虑以下几点：考虑以下几点：1）为可靠传递发动机最大转矩，为可靠传递发动机最大转矩，不宜选取太小；不宜选取太小；2）为减少传动系过载，保证操纵轻便，为减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；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，当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；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，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；应选取大些；5）汽车总质量越大，汽车总质量越大，也应选得越大；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；值应比汽油机大些；7）发动机缸数越多，转矩波动越小，发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；可选取小些；8）膜片弹簧离合器选取的膜片弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；值可比螺旋弹簧离合器小些；9）双片离合器的双片离合器的值应大于单片离合器。值应大于单片离合器。车型车型后备系数后备系数乘用车及最大总质量小于乘用车及最大总质量小于6吨的吨的商用车商用车1.201.75最大总质量为最大总质量为6吨的商用车吨的商用车1.502.25挂车挂车1.804.002单位压力单位压力0 离合器使用频繁则0 后备系数小则0 摩擦衬片外径大则0 材料 材料 0(MPa)粉末冶金材料铜基0.350.50铁基金属陶瓷 材料0.701.503摩擦片外径摩擦片外径D、内径、内径d和厚度和厚度b 增加增加D D受以下因素限制：受以下因素限制：1.1.圆周速度当圆周速度当v65-70m/sv65-70m/s时，衬片飞离时，衬片飞离2.2.国标国标GB/T5764-1998GB/T5764-19983摩擦片外径摩擦片外径D、内径、内径d和厚度和厚度b 摩擦片外径摩擦片外径D（mm）可根据如下经验公式选用可根据如下经验公式选用 （2-7）摩擦片的厚度摩擦片的厚度b主要有主要有3.2mm、3.5mm和和4.0mm三种。三种。KD为直径系数，取值范围如下表为直径系数，取值范围如下表乘用车乘用车14.6最大总质量为最大总质量为1.814.0t的商的商用车用车单片单片16.018.5双片双片13.515.0最大总质量大于最大总质量大于14.0t的商用车的商用车22.524.0第四节第四节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 一、离合器基本参数的优化一、离合器基本参数的优化一、离合器基本参数的优化一、离合器基本参数的优化 1 设计变量设计变量后后备备系系数数取取决决于于离离合合器器工工作作压压力力F和和离离合合器器的的主主要要尺尺寸寸参参数数D和和d。单单位位压压力力p0也也取取决决于于F和和D及及d。因因此此，离离合合器器基基本本参参数数的的优优化化设设计变量选为计变量选为X=x1 x2 x3 T=F D d T 2 目标函数目标函数 离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为3 约束条件约束条件1)摩摩擦擦片片的的外外径径D(mm)的的选选取取应应使使最最大大圆圆周周速速度度D不不超超过过6570ms，即，即2)摩擦片的内外径比摩擦片的内外径比c应在应在0.530.70范围内，即范围内，即0.53c0.70 3)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围值应在一定范围内，最大范围为为1.24.0，即，即1.24.0 4)为为了了保保证证扭扭转转减减振振器器的的安安装装，摩摩擦擦片片内内径径d必必须须大大于于减减振振器器弹弹簧簧位位置直径置直径2Ro约约50mm，即，即d2Ro+50 0dR0 05)为为反反映映离离合合器器传传递递转转矩矩并并保保护护过过载载的的能能力力，单单位位摩摩擦擦面面积积传传递递的的转转矩矩应应小小于于其其许许用值，即用值，即6)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力伤，单位压力p0对于不同车型，根据所用的摩擦对于不同车型，根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，最大范围材料在一定范围内选取，最大范围p0为为0.101.50MPa，即，即 0.10MPap01.50MPa7)为为了了减减少少汽汽车车起起步步过过程程中中离离合合器器的的滑滑磨磨，防防止止摩摩擦擦片片表表面面温温度度过过高高而而发发生生烧烧伤伤，每每一一次次接接合合的的单单位位摩摩擦擦面面积积滑滑磨磨功功应应小小于于其其许许用值，即用值，即W为为汽汽车车起起步步时时离离合合器器接接合合一一次次所所产产生生的的总总滑滑磨磨功功(W)，可可根根据据下式计算下式计算 式中，式中，ma为汽车总质量为汽车总质量(kg)；rr为轮胎滚动半径为轮胎滚动半径(m)；ig为起步时所用变速器挡位的传为起步时所用变速器挡位的传动比；动比；i0为主减速器传动比；为主减速器传动比；ne为发动机转速为发动机转速(rmin)，计算时乘用车取，计算时乘用车取2000rmin，商用车取，商用车取1500rmin。二、膜片弹簧主要参数的选择二、膜片弹簧主要参数的选择二、膜片弹簧主要参数的选择二、膜片弹簧主要参数的选择 膜片弹簧的主要参数：膜片弹簧的主要参数：膜片弹簧自由状态下碟簧部分的膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度内截锥高度 H H；膜片弹簧膜片弹簧钢板厚度钢板厚度 h h ；自由状态下碟簧部分大端半径自由状态下碟簧部分大端半径 R R；自由状态下碟簧部分小端半径自由状态下碟簧部分小端半径 r r；自由状态时碟簧部分的圆锥底角自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ；分离指数分离指数目目n n取1224，一般取18。膜片弹簧的主要参数膜片弹簧的主要参数H膜片弹簧弹性特性膜片弹簧弹性特性1.工作点位置工作点位置B的确定的确定凸点凸点M，凹点，凹点N，拐点拐点H 膜片弹簧的压平位置膜片弹簧的压平位置H点，点，而且而且1H=(1M+1N)2。新离合器在接合状态时，新离合器在接合状态时，1B（0.81.0）1H以保证摩擦片在最大磨损限以保证摩擦片在最大磨损限度度范围内压紧力从范围内压紧力从F1B到到F1A变化不大。变化不大。当分离时，当分离时，膜片弹簧工作膜片弹簧工作点从点从B变到变到C，为最大限度地，为最大限度地减小踏板力，减小踏板力，C点应尽量靠点应尽量靠近近N点点。膜片弹簧的弹性特性曲线膜片弹簧的弹性特性曲线装配预压点装配预压点完全完全分离分离点点磨损容许极限磨损容许极限式中，式中，E为材料的弹性模量；为材料的弹性模量；为材料的泊松比；为材料的泊松比；R1、r1为压盘加载点和支承为压盘加载点和支承环加载点半径。环加载点半径。2.2.比值比值比值比值H Hh h和和和和h h的选择的选择的选择的选择为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的用膜片弹簧的H/hH/h一般为一般为1.51.52.02.0，板厚，板厚h h为为2 24mm4mm。膜片弹簧弹性特性膜片弹簧弹性特性3.3.比值比值比值比值R Rr r和和和和R R、r r的选择的选择的选择的选择 Rr越大，应力越高，弹簧越硬，一般取1.201.35。推式：RRc；拉式：rRc 4.4.的选择的选择的选择的选择 膜片弹簧自由状态下圆锥膜片弹簧自由状态下圆锥底角底角与内截锥高度与内截锥高度H关系密切，关系密切，=arctan H(R-r)H(R-r)。一般在一般在915范围内。范围内。三、膜片弹簧的优化设计三、膜片弹簧的优化设计三、膜片弹簧的优化设计三、膜片弹簧的优化设计 通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形特性满足离合器的使用通过确定一组弹簧的基本参数，使其载荷变形特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求。性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求。1.1.目标函数目标函数目标函数目标函数关于膜片弹簧优化设计的关于膜片弹簧优化设计的目标函数主要有以下几种目标函数主要有以下几种：1)弹簧工作时的最大应力为最小。弹簧工作时的最大应力为最小。2)从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。3)在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。在分离行程中，驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。4)在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。在摩擦片磨损极限范围内，弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。5)选选3)和和4)两个目标函数为双目标。两个目标函数为双目标。选取选取5)作为目标函数，通过两个目标函数分配不同权重来协调它们之间的矛作为目标函数，通过两个目标函数分配不同权重来协调它们之间的矛盾，并用转换函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数。盾，并用转换函数将两个目标合成一个目标，构成统一的总目标函数。式中，式中，1和和2分别为两个目标函数分别为两个目标函数(x1)和和(x2)的加权因子，视设计要求选定。的加权因子，视设计要求选定。2.2.设计变量设计变量设计变量设计变量 膜片弹簧弹性特性：膜片弹簧弹性特性：膜片弹簧在不同工作状态时的变形膜片弹簧在不同工作状态时的变形 a)自由状态自由状态 b)压紧状态压紧状态 C)分离状态分离状态 优优化化设设计计变变量量：H、h、R、r、R1、r1、1B（接接合合工工作作点点相相应应于于弹弹簧簧工工作作压压紧紧力力F1B的大端变形量的大端变形量），即，即 X=x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 T=H h R r R1 r1 1B T3.3.约束条件约束条件约束条件约束条件 1)应应保保证证所所设设计计的的弹弹簧簧工工作作压压紧紧力力F1B与与要要求求压压紧紧力力FY相相等，即等，即 F1B=FY 2)一般一般1B1H=0.81.0，即，即 3)保证摩擦片磨损后仍能可靠地传递转矩保证摩擦片磨损后仍能可靠地传递转矩 F1AF1B 4)为了满足离合器使用性能的要求，为了满足离合器使用性能的要求，1.6Hh2.2;9H(R-r)15 5)弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围，即1.20Rr1.35 702Rh100 3.5Rr05.06)为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，推式：推式：(D+d)4R1D2 拉式：拉式：(D+d)4r1D27)根据弹簧结构布置的要求，根据弹簧结构布置的要求，1R1-R7 0r1-r6 0rf-r048)膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取，即推式：推式：2.3(r1-rf)(R1-r1)4.5 拉式：拉式：3.5(R1-rf)(R1-r1)9.09)弹簧在工作过程中弹簧在工作过程中B点的最大压应力点的最大压应力rBmax应不超过其许用值，即应不超过其许用值，即rBmaxrB10)弹弹簧簧在在工工作作过过程程中中A点点(或或A点点)的的最最大大拉拉应应力力tAmax(或或tAmax)应应不不超超过过其其相应许用值，即相应许用值，即 tAmaxtA 或或tAmaxtA11)由由主主要要尺尺寸寸参参数数H、h、R和和r制制造造误误差差引引起起的的弹弹簧簧压压紧紧力力的的相相对对偏偏差差不不超超过过某某一一范范围，即围，即0.0512)由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得超过某一范围，即由离合器装配误差引起的弹簧压紧力的相对偏差也不得超过某一范围，即 0.05式中，式中，F1B为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。为离合器装配误差引起的弹簧压紧力的偏差值。四、膜片弹簧材料及制造工艺四、膜片弹簧材料及制造工艺 膜片弹簧一般采用膜片弹簧一般采用60Si2MnA或或50CrVA钢板材料，进行强压、喷丸、局部高频淬火或钢板材料，进行强压、喷丸、局部高频淬火或镀铬处理。镀铬处理。第五节第五节第五节第五节 扭转减振器的设计扭转减振器的设计扭转减振器的设计扭转减振器的设计扭转减振器主要由扭转减振器主要由弹性元件弹性元件(减振弹簧或橡胶减振弹簧或橡胶)和和阻尼元件阻尼元件(阻阻尼片尼片)等组成。等组成。弹性元件弹性元件的主要作用是降低传动系的的主要作用是降低传动系的首端扭转刚度首端扭转刚度，改变系，改变系统的固有振型，尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共统的固有振型，尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振。振。阻尼元件阻尼元件的主要作用是有效地的主要作用是有效地耗散振动能量耗散振动能量。双质量飞轮减振器双质量飞轮减振器双质量飞轮减振器双质量飞轮减振器DMFWDMFW（double mass flywheeldouble mass flywheel）双质量飞轮减振器双质量飞轮减振器具有以下优点具有以下优点:1)1)可以降低发动机、变速器可以降低发动机、变速器振动系统的固有频率，以避免在怠速转速时的共振。振动系统的固有频率，以避免在怠速转速时的共振。2)2)可以加大可以加大减振弹簧的位置半径，降低减振弹簧刚度减振弹簧的位置半径，降低减振弹簧刚度K K，并允许增大转角。，并允许增大转角。3)3)由于双质量飞轮减振器的减振效果较好，在变速器中可采用由于双质量飞轮减振器的减振效果较好，在变速器中可采用粘度较低的齿轮油而不致产生齿轮冲击噪声。粘度较低的齿轮油而不致产生齿轮冲击噪声。4 4）由于从动盘没有）由于从动盘没有减振器，可以减小从动盘的转动惯量，这也有利于换挡。减振器，可以减小从动盘的转动惯量，这也有利于换挡。图图2-16 双质量飞轮减振器双质量飞轮减振器 1一第一飞轮一第一飞轮 2一第二飞轮一第二飞轮 3一离合器盖一离合器盖总成总成 4一从动盘一从动盘 5一球轴承一球轴承 6一短轴一短轴 7一一滚针轴承滚针轴承 8一曲轴凸缘一曲轴凸缘 9一联结盘一联结盘 10一一螺钉螺钉 11一扭转减振器一扭转减振器第六节第六节第六节第六节 离合器的操纵机构离合器的操纵机构离合器的操纵机构离合器的操纵机构 1 1对操纵机构的要求对操纵机构的要求对操纵机构的要求对操纵机构的要求1）踏板力要小，乘用车：踏板力要小，乘用车：80150N，货车：，货车：150200N。2）踏板行程在一定的范围内，乘用车：踏板行程在一定的范围内，乘用车：80150mm，货车：，货车：180mm。3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损坏。坏。5）应具有足够的刚度。应具有足够的刚度。6）传动效率要高。传动效率要高。7）发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。2 2操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择常用的离合器操纵机构主要有常用的离合器操纵机构主要有机械式、液压式机械式、液压式等。等。机械式操纵机构有机械式操纵机构有杆系杆系和和绳索绳索两种形式。两种形式。杆系传动机构杆系传动机构结构简单、工作可靠，被广泛应用。但其结构简单、工作可靠，被广泛应用。但其质量大，机械效率低，在远距离操纵时布置较困难。质量大，机械效率低，在远距离操纵时布置较困难。绳索传动机构绳索传动机构可克服上述缺点，且可采用吊挂式踏板结可克服上述缺点，且可采用吊挂式踏板结构。但其寿命较短，机械效率仍不高。多用于轻型乘用车中。构。但其寿命较短，机械效率仍不高。多用于轻型乘用车中。2 2操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择操纵机构结构形式选择液压式操纵机构液压式操纵机构主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，具有传动效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、具有传动效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点。广泛应用于各种形式的汽车中。离合器接合较柔和等优点。广泛应用于各种形式的汽车中。3 3离合器操纵机构的主要计算离合器操纵机构的主要计算离合器操纵机构的主要计算离合器操纵机构的主要计算 踏板行程踏板行程S由自由行程由自由行程S1和工作行程和工作行程S2两部分组成：两部分组成：液压式操纵机构示意图液压式操纵机构示意图式中，式中，S S0f0f为分离轴承自由行程，一般为为分离轴承自由行程，一般为1.51.53.0mm3.0mm，反映到踏板上的自由行程，反映到踏板上的自由行程S S1 1一般一般为为0 030mm30mm；d d1 1、d d2 2分别为主缸和工作缸的分别为主缸和工作缸的直径；直径；Z Z为摩擦面面数；为摩擦面面数；S S为离合器分离为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：时对偶摩擦面间的间隙，单片：S=0.85S=0.851.30mm1.30mm，双片：，双片：S=0.75S=0.750.90mm0.90mm。a a1 1、a a2 2、b b1 1、b b2 2、c c1 1、c c2 2为杠杆尺寸。为杠杆尺寸。踏板力踏板力F Ff f可按下式计算：可按下式计算：式中，式中，F为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；为操纵机构总传动比，为操纵机构总传动比，=；为机械效率，液压式：为机械效率，液压式：；机械式：；机械式：；Fs为克服回位弹簧为克服回位弹簧1、2的的 工作缸直径工作缸直径d d2 2的确定与液压系统所允许的最大油压有关。考的确定与液压系统所允许的最大油压有关。考虑到橡胶软管及其他管接头的密封要求，最大允许油压一般为虑到橡胶软管及其他管接头的密封要求，最大允许油压一般为5 58Mpa8Mpa。对于机械式操纵机构的上述计算，只需将对于机械式操纵机构的上述计算，只需将d d1 1和和d d2 2取消即可。取消即可。拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。拉力所需的踏板力，在初步设计时，可忽略之。