主離合器設(shè)計(jì)

第三章主離合器設(shè)計(jì)三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院陳永清第三章主離合器設(shè)計(jì)三峽大學(xué)機(jī)械與材料學(xué)院陳永清10第三章 主離合器設(shè)計(jì)重點(diǎn)：主離合器主要參數(shù)確定與壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。難點(diǎn)：貯存系數(shù)β，蝶形彈簧工作點(diǎn)的選擇。學(xué)時(shí)：4學(xué)時(shí)。概述功用：主離合器用來切斷或傳遞動(dòng)力機(jī)輸給傳動(dòng)系的動(dòng)力。設(shè)計(jì)要求：能牢靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Ｍ ，且具有確定的力氣貯存；emax分別要徹底，快速；接合要平順嚴(yán)峻，起步平穩(wěn)；從動(dòng)局部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小 n變化大 便于換擋；散熱性好，使用壽命要長；操縱輕松，易于修理。離合器接合過程一、工作原理摩擦式正壓力――差速――摩擦力――Tc――從動(dòng) 圖5-2 離合器摩擦力主從件具有相對轉(zhuǎn)速，壓緊力作用下，主從件之間產(chǎn)生摩擦力，對回轉(zhuǎn)中心產(chǎn)生的力矩使主從件轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，轉(zhuǎn)速高的轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速上升，當(dāng)主從件轉(zhuǎn)速一樣時(shí)，接合完畢。二、接合過程磨接合過程中，離合器摩擦轉(zhuǎn)矩始終都等于最大值Mm

；發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的轉(zhuǎn)矩M

和外界阻力e矩M 均保持常數(shù)為Mn eH

5-4，可分別寫出轉(zhuǎn)矩平衡式：主離合器接合過程的力學(xué)模型M M m e e eM M M

〔5-8〕m n n n式中 e

——換算到離合器主動(dòng)盤上的發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔kgm2；——換算到離合器從動(dòng)盤上的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔kgm2；n——主動(dòng)盤的角減速度〔rad/s2；e——從動(dòng)盤的角加速度〔rad/s2。n計(jì)算時(shí)可按下式計(jì)算：=1.2 〔5-9〕e e f式中f

發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量〔kgm2。計(jì)算n

時(shí)，僅把n

看成是機(jī)械平移質(zhì)量換算到離合器從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。依據(jù)動(dòng)能J2 mv2 v相等的原理進(jìn)展換算，

n n a 而 iii2 2Mr2

n r kokmr2可得：

d 〔J

ak 〕 〔5-10〕n i2

n i2i2i2 kof式中 M

——整機(jī)質(zhì)量k；r――車輪動(dòng)力半徑或驅(qū)動(dòng)鏈輪節(jié)圓半徑；di ——傳動(dòng)系總傳動(dòng)比。M：由滾阻和上坡阻力引起n

主離合器在機(jī)械起步時(shí)的接合過程M：可變，隨Ｐ的增大而增大，Ｐ：0 Ｐ

，則M：0 Tφ第一階段：0～t，M：0～t

max φ

cmax1 φ φM＜M，車不動(dòng)，＝0φ n n相對轉(zhuǎn)速 ＝－＝其次階段：t

～t，M

h e n＞M， ，

e，相對轉(zhuǎn)速：

＝－＝2 φ n e n h e n第三階段：t：＝＝，相對轉(zhuǎn)速：＝0，接合后，變?yōu)殪o摩擦。e n h我們只爭論接合完畢前一段。L1

tjMdt0 edL t22 t1

dtt2(Mh t1

J n)(n dt

)dtnt2M t n 1

)dtJn

t2t 1

)dn nL2大小取決于M J 操縱狀態(tài)n nφM確定：M t Lφn 1 1dndtJ (－) (t－t) Ldndtn n e 2 1 2φm J L 操縱：接合太猛 M T Lφa n ji 接合時(shí)油門 n Lk e好路面：M≈0nLJn

0

)dn n0～ ，＝constn0 eJ2L＝n

1mv22 2 a機(jī)械動(dòng)力能的一半使汽車加速變?yōu)閯?dòng)能，一半消耗于離合器的滑磨，變?yōu)闊崃繐p失掉。主離合器的構(gòu)造選擇摩擦式離合器。從動(dòng)盤摩擦片數(shù)的選擇當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩M 700Nm時(shí)(隨著科技不斷進(jìn)展,摩擦材料質(zhì)量不斷提高,也eH有認(rèn)定發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)矩M 1000Nm)，一般應(yīng)盡量承受單片式。eH摩擦片工作條件的選擇濕式離合器：離合器的工作牢靠性和使用壽命高，使用壽命可達(dá)干式離合器的5~6倍。所以濕式離合器適用于惡劣的工況(頻繁的結(jié)合，重負(fù)荷下的起步等)下使用。濕式摩擦外表的摩擦系數(shù)運(yùn)輸機(jī)械上應(yīng)用較多。構(gòu)造簡潔。3~4干式壓緊力小，操縱省力。故在工程機(jī)械上廣泛被承受。散熱差，磨損大。壓緊機(jī)構(gòu)型式的選擇倒車的推土機(jī)尤為適宜。彈簧壓緊機(jī)構(gòu)――常閉式離合器。操縱機(jī)構(gòu)的選擇機(jī)械式、液壓式、氣壓式主離合器主要參數(shù)確實(shí)定片式摩擦離合器的主要參數(shù)有摩擦轉(zhuǎn)矩一些特點(diǎn)，可稱為構(gòu)造參數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)之間具有內(nèi)在聯(lián)系并相互影響。一、離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩Mm

P所產(chǎn)生的，摩擦轉(zhuǎn)矩Mm

與離合器所〔參見圖5-：M PRZkm d 0

〔5-1〕式中 M ——離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩N；m——3-3-1選??；P——壓在摩擦外表上的壓緊力；R——摩擦力作用等效半徑；dZ——摩擦副數(shù)量，Z=m+n-1m為主動(dòng)片的數(shù)量，n從動(dòng)件的數(shù)量； 圖5-2 離合器摩擦力k——0滑動(dòng)摩擦力而漸次減小所造成的損失系數(shù)。參見表5-2。1 1” k z”――花鍵軸導(dǎo)向面與摩擦片內(nèi)齒的摩擦系數(shù)，對干0 2”z 1” 式”＝0.13～0.30，濕式”＝0.06～0.08”與摩擦副數(shù)量和摩擦片工作條件有關(guān)。P是均勻分布在摩擦外表上，所以：PqA106式中q——摩擦外表的單位壓力〔比壓〔Mp；A——摩擦副的面積〔m2。當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，每個(gè)摩擦副的面積A：(D2D2)

〔5-2〕A 2 14

〔5-3〕式中 D,D2 1

摩擦襯片的外徑和內(nèi)徑。對濕式離合器而言，摩擦副的面積應(yīng)扣除油槽面積AA。對徑向油槽A為(0.1~0.2)A；對螺旋油槽A=(0.35~0.4)A；對螺旋徑向油槽A1為(0.45~0.6)A，故A1

=A-A當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，摩擦力作用等效半徑Rd

D和內(nèi)2D D徑D的平均值： R1

2 1 (5-4)4D3D3 DR

2 1

,C 1c 3(D22

D2) D1 2施加在摩擦面上的單位壓力，p0fZ

FAFM Mc

emax 12

pD3(1C3)0初選，M M f、Z、D、C，離合器的M值，只有在構(gòu)造設(shè)計(jì)完畢后emax c c才確定。二、貯存系數(shù)離合器在接合過程中摩擦外表因發(fā)熱而產(chǎn)生溫度上升和外表沾污使摩擦系數(shù)降低皆使離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的力氣降低。牢靠性要求須是離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩大于動(dòng)力輸出的最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)具有確定的貯存量，用離合器的貯存系數(shù)來表示，即M m 〔5-5〕MMemax主、從摩擦磨損主、從摩擦磨損間隙PMc發(fā)熱t(yī)f Mc為保證在壽命內(nèi)始終傳遞M ，須＞1。emax要求：離合器的牢靠性越高，選擇離合器貯存系數(shù)值亦越大；離合器的使用壽命越值應(yīng)越小；離合器的體積越小，選擇離合器貯存系數(shù)值亦越小。對以上這些相互沖突的結(jié)。一般通過類比法初選值。D2

D1摩擦襯片的外徑D2

受飛輪尺寸和摩擦片最大圓周速度的限制，一般可取飛輪直徑的0.75~0.8倍，也可依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按汽車用干式離合器的閱歷公式計(jì)算：MemaxAMemaxA2式中 Memax——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩N；A――閱歷系數(shù)(轎車：Ａ＝0.47A=0.3~0.4，雙片A=0.45~0.55，輕型車取上限，重型車取下限；自卸車、特別用途車：Ａ＝0.19)。：①標(biāo)準(zhǔn)化JB1457-7。②檢查該尺寸是否在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪允許尺寸范圍內(nèi)。③Dn大圓周線速度[]不超過65~70m/s，以免發(fā)生飛離的危急。v 2 eH60

[v]。④摩擦襯片的內(nèi)徑D1

cc表示摩擦片工作外表內(nèi)外c=D/D1 2

。對c值選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到摩擦有效的利用以及摩擦片是否能正常牢靠地工作。在摩擦外表單位壓力允許的條件下承受較大的cD1

，可使摩翹曲。通常干式離合器，c0.55~0.68之間；濕式離合器，c0.75~0.87之間。DD2 1

，計(jì)算摩擦片單位壓力q值：4Pq(D2D2)

〔5-7〕2 1qq，式中q為摩擦材料的許用比壓。否則，應(yīng)對初選參數(shù)進(jìn)展調(diào)整，直到滿足為止。摩擦片單位壓力q值應(yīng)依據(jù)工程機(jī)械的具體狀況及發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小來正確選擇，假設(shè)離合器使用頻繁，接合時(shí)滑磨時(shí)間長，這時(shí)q應(yīng)取較小值，使離合器尺寸加大，可削減磨損，提高使用壽命。反之則取較大的q。工程機(jī)械在工作時(shí)常常需要頻繁地使用離合器，而且它們的作業(yè)條件差，屬于重載荷類型，因此應(yīng)選用較小的q值。表5-4 摩擦材料的許用比壓值q3.5壓緊彈簧的設(shè)計(jì)一、圓柱螺旋彈簧周置式承受圓柱螺旋彈簧，可參考表5-5初選彈簧數(shù)目n6,9,12,15等；中心式可承受圓柱螺旋彈簧亦可承受碟形彈簧。5-6。必需指出：適合作主離合器壓緊彈簧的彈簧剛度K20~45N/mm，t

0PGmdt

〔5-24〕P4t t f h 8D3iP4tp式中 P0

——每個(gè)彈簧在接合時(shí)的載荷，P=P/×i〔周置式，i為杠桿傳力比；0 p pf——離合器接合時(shí)彈簧的變形量，它為彈簧自由高度l與工作高度l之差，即0圖5-6 圓柱螺旋壓緊彈簧計(jì)算用簡圖0

f=l-l ；0P——離合器分別時(shí)因彈簧附加變形保證分別間隙所引起的附加載荷，一般P=h——離合器分別時(shí)彈簧附加變形量，hZ，Z是摩擦副數(shù)量，是主動(dòng)盤與從〔0.75~1.25mm0.5~0.9mm0.2~0.4mm)；h〔1.70~2.60mm3~3.6mm〕G ——材料的扭轉(zhuǎn)彈性模量，G =82Gpa；8k8k(PP)D[]0tkPC0 pD,dtp t

——彈簧的中徑和鋼絲的直徑；d t

1.75 ,Kk900MPa。

4C 2p4C p

；C――旋繞比，C p

Dt＝～8；―60～800MP，dti——彈簧的工作圈數(shù)。彈簧的自由高度l： lfh(i2)d (i1) 〔5-25〕t式中——離合器分別時(shí)彈簧的間隙，通常=0.5~1.5mm?？傊O(shè)計(jì)的圓柱螺旋彈簧除了要滿足強(qiáng)度要求外，針對主離合器的特點(diǎn)，還需滿足：K

Gmdt

是否在適用范圍？一般為20～45N/mm4t4彈簧工作高度l

8D3itpl0

P0是否滿足用來安置彈簧壓緊機(jī)構(gòu)的空間尺寸？Kt壓緊彈簧工作壓力變化是否在規(guī)定范圍內(nèi)，即要求：

P0max

ll0

。P ll0 0假設(shè)不能滿足，則需要調(diào)整初選的參數(shù)數(shù)值，直至全部的條件滿足為止?！?〕[]二、碟形彈簧碟形彈簧是一種用薄彈簧鋼板沖制的截錐形彈簧5-7為其主要構(gòu)造參數(shù)為碟形彈簧的載荷-變形特性曲線。汽車D/d＝1.2～1.3。圖5-7 碟形彈簧的構(gòu)造參數(shù)和載荷-變形特性曲線H載荷-變形特性曲線 〔與h0

有關(guān)〕22h0

，開口向上的拋物線，P f kt可承受大載荷，適用行程限位器。⑵H＝2，中間有一段水平線，在水平段，f p＝const，K＝0。零剛度區(qū)h0h0

t2，這種碟形彈簧軸向尺寸小，壓緊力分布均勻，由于變剛度特性只2要選定適宜的工作點(diǎn)，可使壓緊力P不致因摩擦襯面的磨損而快速減小，并可不增加分別時(shí)所需的操縱力。適用離合器的壓緊彈簧。有一段負(fù)剛度區(qū)h0

P2PsSb2PsSbapctPPbaPPPP碟形彈簧工作點(diǎn)位置的選擇 pPcH2P2 ，特性曲線如右圖。 t2Ph0⑴在曲線上有三個(gè)特別點(diǎn)S，P，tS——為曲線上的凸點(diǎn)，此點(diǎn)的壓緊力P到達(dá)S

ff f ff f fa s b p c 壓緊力的最大值，對應(yīng)的變形量f a s b p c SH232hH232h230S

〔5-28〕點(diǎn)PfP為：fPH 〔5-29〕t——為曲線上的凹點(diǎn)，此點(diǎn)的壓緊力Pf為：t tH232hH232h230t

〔5-30〕⑵工作點(diǎn)Ｂ確實(shí)定以f表示摩擦襯面未磨損時(shí)彈簧在離合器接合時(shí)的變形量正確設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使f>f 且b b Sf<fb

，即在Ｓ點(diǎn)與Ｐ點(diǎn)之間。一般初選fb

=〔0.65~0.8〕H，不但要求對應(yīng)的壓緊力P=P，同時(shí)還需滿足：b⑴mZff fb a式中 Z——磨擦副的數(shù)量；f——磨擦副的容許磨損量，摩擦襯面與鋼片鉚接時(shí)f=0.8~1mm，膠接時(shí)f=2mmfa

――摩擦襯面磨損到最大允許量時(shí)彈簧在離合器接合時(shí)的變形量。a點(diǎn)為更換摩擦副前的位置。⑵P≈Pa

，保證在使用期間，離合器牢靠工作。P――為摩擦襯面磨損到最大允許量時(shí)彈簧壓緊力。a⑶hf fc b量。

Z fc

――摩擦襯面未磨損時(shí)彈簧在離合器徹底分別時(shí)的變形⑷C點(diǎn)應(yīng)盡可能接近t點(diǎn)，盡量減小離合器處于分別位置時(shí)的操縱力Pc Pmi。操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)〔或操縱桿〔或分別套筒之前的全部零件。操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要要求是：操縱輕松。為減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，操縱離合器所需的力不應(yīng)過大，一般腳踏板F200N，手操縱桿上的操縱力F150N；踏板行程S應(yīng)在100~150mm200mm。應(yīng)具有調(diào)整踏板(或操縱桿)行程的裝置，在摩擦片磨損時(shí)加以校準(zhǔn)，使分別軸承和分別杠桿之間(壓緊杠桿與壓盤之間),能保持正常的間隙.應(yīng)具有調(diào)整踏板(或操縱桿)行程限位器，以防止操縱過猛致使構(gòu)件過載。操縱機(jī)構(gòu)應(yīng)具有足夠的剛度。應(yīng)不致因發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)以及車架和駕駛室的變形而引起操縱機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)干預(yù)。離合器操縱機(jī)構(gòu)通常有機(jī)械式，液壓式和氣壓式三種。機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)由一組杠桿組成，其優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)造簡潔，工作牢靠，但摩擦損失大，機(jī)械效率低，重量大，車架和駕駛室的變形可影響操縱機(jī)構(gòu)正常工作，在某些狀況下〔如遠(yuǎn)距離操縱〕桿系布置比較困難。目前廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械上。液壓式操縱機(jī)構(gòu)由主缸，工作缸及管路系統(tǒng)等組成。它具有摩擦力小，傳動(dòng)效率高，重量輕，布置便利，接合嚴(yán)峻等優(yōu)點(diǎn)，并能完全消退車架變形對工作的影響。因此，在各種車輛上的應(yīng)用日益增多。出的優(yōu)點(diǎn)是操縱輕松。各局部的安排。圖5-12為機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)示意圖。踏板行程S包含自由行程S和工作行程0S 兩個(gè)局部： SS Sg 0

(Sef

Z e)ac 〔5-39〕f bd式中S 分別軸承自由行程，一般為2~4mm；efZ 離