離合器設計(雙語)

Chapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignThedistinctionbetweentransmittableandtransmittedtorquereferstotwodifferentconditions:?Clutchcompletelyengaged,withoutrelativemotionbetweenthediscs?Clutchpartiallyengagedwithrelativeangularspeedbetweenthedrivingandthedrivendiscs2.1FRICTIONCLUTCH2.1.1ClutchfunctionsThefunctionoftheclutchisasfollows:?Totransmitthetorquefromtheenginecrankshafttothegearboxinputshaft,whenthereisadifferenceofspeedbetweenthetwoparts,particularlywhenthevehicleisstallingormovingbackwards?Toconnectthetwoshaftspositively,oncetheyaresynchronized,insuchawayastotransmitalltheenginetorque2.1FRICTIONCLUTCH2.1.1Clutchfunctions?Toseparateengineandtransmission,whengearboxspeedmustbechangedorthecarstopped,withoutstoppingtheengine2.1FRICTIONCLUTCHInadditiontothesefunctions,thefollowingfunctionshavebeenaddedinrecenttimes:?Toabsorbtorquepulsescausedbytheenginepolarinertia,incaseofmisuseoftheclutch(maintorsiondamper)?Tocontrolthedrivelinetorsionalstiffness,insuchawayastoavoidvibrationandnoisewhenharmonicfrequenciesoftheenginetorquematchtransmissionvibrationmodes(secondarytorsiondamper)2.1.1ClutchfunctionsCoilClutchDiaphragmClutchThespringsoftheclutch,formerlyofthehelicaltype,arenowofthediaphragmtype,becauseoftheadvantagesthusoffered:?Reductionofpowertrainlength,atthesameleveloftorque.?Reductionofnumberofparts.?Easyreductionofweightimbalance,becauseofgeometricalsimplicity.?Simplificationoftheinternalengagementmechanism.AdvantagesofDiaphragmType?Noeffectofwearonmaximumtransmittabletorque.?Reductionofdisengagementloadontheclutchpedal.?Diaphragmspringsareinsensitivetocentrifugalforces;infact,helicalspringswithcenterlineparalleltotherotationaxisloseloadbecauseoftheirdeflection.AdvantagesofDiaphragmTypeChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignChapter2ClutchDesignFIGURE11.1.Cut-outviewofadiaphragmspringclutch.1:Engineshaft,2:engineflywheelanddrivingplate,3:coverandinternalengagementmechanism,4:drivenplate,5:gearboxinputshaft,6:thrustbearing,7:thrustbearingguide,8:disengagementfork.2.1.2Disengagementmechanism2.1.2DisengagementmechanismFIGURE11.3.Cut-outviewofaclutchinternaldisengagementmechanism(Valeo).1:Cover,2:diaphragmspring,3:fulcrumofthespring,4:ringretainerofthespring,5:pressureplate,6:pressureplatestrap.DiaphragmSpringCharacters2.1.2DisengagementmechanismDiaphragmSpringCharactersInfact,letuscomparethediagramsshowninFig.11.5forasimplecoilspringsetandadiaphragmspring.Wearingofthefrictionliningsdecreasesthedrivenplatethicknessduringitsusefullife.Inthecaseofacoilspring,ifweassumethatthethicknessofthenewplateis8mmandthemaximumdesignwearis2mm,itcanbeseenthat,startingfromthenewclutchdesignpoint,theforceonthepressureplateisreducedbyspringdeformationofabout1kN.Afteracertainperiodofusepressurecanbesomuchreducedastocauseclutchslippageanddrivenplatewear-out.Onadiaphragmspringofequalspecifications,itispossibletomaintainthesamepressuretotheendoftheusefullifeofthelining,withoutdangerofslippage.Thereisalsoasecondadvantage;ifweassumethatthedisengagementstrokeisalsoequalto2mm,theforceonthemechanismisincreasedbyabout1kNwithcoilsprings,whileitwillbereducedbyalmostthesamevaluewiththediaphragmspring.拉式和推式彈簧離合器

pulleddiscandpusheddisc拉式和推式彈簧離合器

pulleddiscandpusheddisc主要區別——膜片彈簧安裝方向相反，支承方式不同2.1.3Drivenplate2.1.3Drivenplate2.1.3DrivenplateFIGURE11.8.MagnificationofthedrivenplatehubFIGURE11.9.DoublemassclutchandflywheelFIGURE11.9.DoublemassclutchandflywheelFIGURE11.10.ThrustBearing2.1.5Designcriteria?Thedisengagementforceonthepedalshouldnotbetooexcessive.?Thefrictioncoefficientmustbeasconstantaspossible,inawiderangeofoperatingconditions.?Thewearontheworkingsurfacesmustbegradual.?Theheatproducedduringengagementmanoeuvresmustbedissipated.?Theclutchmustoperatecorrectlyandwithreasonablewear.第二章離合器設計第三節離合器主要參數的選擇離合器的靜摩擦力矩根據摩擦定律可表示為

式中，--靜摩擦力矩；

--摩擦面間的靜摩擦因數，計算時一般取0.25～0.30；

--壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；

--摩擦片的平均摩擦半徑；

--摩擦面數，是從動盤數的兩倍。

一、摩擦面上靜摩擦力矩的計算（2-1）

假設摩擦片上工作壓力均勻，則有

式中，--摩擦面單位壓力

--一個摩擦面的面積

--摩擦片外徑

--摩擦片內徑一、摩擦面上靜摩擦力矩的計算（2-2）摩擦片的平均摩擦半徑R，根據壓力均勻的假設，可表示為

（2-3）當d／D≥0.6時，Rc可相當準確地由下式計算一、摩擦面上靜摩擦力矩的計算將式(2-2)與式(2-3)代人式(2-1)得

(2-4)

式中，c為摩擦片內外徑之比，c=d／D，一般在0.53～0.70之間。一、摩擦面上靜摩擦力矩的計算

為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發動機的最大轉矩，設計時Tc應大于發動機最大轉矩，即

(2-5)

式中，發動機最大轉矩

β離合器的后備系數

β定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發動機最大轉矩之比，β必須大于1。一、摩擦面上靜摩擦力矩的計算二、離合器的基本參數的設計

離合器的基本參數主要有:

性能參數和。尺寸參數D

和d

及摩擦片厚度b

1．后備系數β1)摩擦片在使用中磨損后，離合器還應能可靠地傳遞發動機最大轉矩。

2)要防止離合器滑磨過大。

3)要能防止傳動系過載

使用條件較好時，β可選取小些；貨車總質量越大，β也應選得越大；采用柴油機時，由于工作比較粗暴，轉矩較不平穩，選取的β值應比汽油機大些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩定，選取的β值可比螺旋彈簧離合器小些；二、離合器的基本參數的設計1．后備系數β各類汽車的取值范圍通常為：轎車和微型、輕型貨車β=1.20～1.75

中型和重型貨車β=1.50～2.25

越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車

β=1.80～4.00二、離合器的基本參數的設計2．單位壓力

離合器使用頻繁，發動機后備系數較小時，應取小些；當摩擦片外徑較大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負荷，應取小些；`

后備系數較大時，可適當增大。

當摩擦片采用不同材料時，按下列范圍選石棉基材料=0.10～0.35MPa

粉末冶金材料=0.35～0.60MPa

金屬陶瓷材料=0.70～1.50MPa二、離合器的基本參數的設計3．摩擦片外徑D、內徑d和厚度b

摩擦片外徑D也可根據發動機最大轉矩按如下經驗公式選用

式中，為直徑系數，轎車：=14.5；輕、中型貨車：單片=16.0～18.5

雙片=13.5～15.0

重型貨車：=22.5～24.0二、離合器的基本參數的設計二、離合器的基本參數的設計

在同樣外徑D時，內徑d不宜小，會使摩擦面上的壓力分布不均勻，使內外緣圓周的相對滑磨速度差別太大而造成摩擦面磨損不均勻，且不利于散熱和扭轉減振器的安裝。摩擦片尺寸應符合尺寸系列標準5764—86《汽車用離合器面片》，所選的D應使摩擦片最大圓周速度不超過65～70m／s，以免摩擦片發生飛離。摩擦片的厚度有3.2mm、3.5mm和4.0mm三種。二、離合器的基本參數的設計二、離合器的基本參數的設計4.摩擦因數f、摩擦面數Z和間隙Δt

摩擦因數取決于摩擦片所用材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素摩擦片材料主要有石棉基材料、粉末冶金和金屬陶瓷等。石棉基材料摩擦因數受工作溫度、單位壓力和滑磨速度影響較大，而粉末冶金和金屬陶瓷的摩擦因數較大且穩定。各種材料的f見下表。二、離合器的基本參數的設計二、離合器的基本參數的設計習題：某汽車采用多片式離合器。已知：摩擦工作面數Z=6，摩擦片外徑D=254mm，內徑d=177mm，摩擦系數f=0.2，彈簧作用在摩擦片上的軸向壓緊力F=444.8N。試求該離合器在轉速n＝600r/min時所能傳遞的功率。解：∵∴

m

則有N.m

故所求功率P為

kW

第二章離合器設計第四節膜片彈簧的設計與計算碟簧部分分離指部分

假設膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點O轉動。通過支承環和壓盤加在膜片彈簧上的載荷Fl集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形為λ1。(a)自由狀態(b)壓緊狀態(c)分離狀態一、膜片彈簧的載荷變形特性一、膜片彈簧的載荷變形特性

二、膜片彈簧的強度校核

由前面假設可知，子午斷面在中性點O處沿圓周方向的切向應變為零，故該點的切向應力為零，O點以外的點均存在切向應變和切向應力。建立如圖2—9所示的坐標系，則斷面上任意點(x，y)的切向應力σt為

式中，α為自由狀態時碟簧部分的圓錐底角；β為從自由狀態起，φ碟簧子午斷面的轉角；e為中性點半徑，。當φ一定時，一定的切向應力在坐標系中呈線性分布，當時有

二、膜片彈簧的強度校核

三、膜片彈簧主要參數的選擇1．H／h一般為1.6～2.2，板厚h為2～4mm。2．R／r一般為1.20～1.35。為使摩擦片上壓力分布較均勻，推式R＞Rc，拉式r≥Rc。而且，對于同樣的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式大。3．α=arctanH／(R—r)≈H／(R—r)，一般在9°～15°范圍內。

三、膜片彈簧主要參數的選擇

三、膜片彈簧主要參數的選擇4．膜片彈簧工作點位置的選擇。新離合器在接合狀態時，

B一般取在凸點M和拐點H

之間，且靠近或在H點處，，以保證摩擦片在最大磨損限度△入范圍內壓緊力從F1B到F1A變化不大。當分離時，膜片彈簧工作點從B變到C，為最大限度地減小踏板力，C點心盡量靠近N點。5．n的選取分離指數目n常取為18，大尺寸膜片彈簧取24，小尺寸膜片彈簧有些取12。第二章離合器設計第五節扭轉減振器的設計扭轉減振器的設計共振：扭轉減振器主要由彈性元件(減振彈簧或橡膠)和阻尼元件(阻尼片)等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動系的首端扭轉剛度，從而降低傳動系扭轉系統的某階(通常為三階)固有頻率，改變系統的固有振型，使之盡可能避開由發動機轉矩主諧量激勵引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動能量。扭轉減振器具有如下功能：1)降低發動機曲軸與傳動系接合部分的扭轉剛度，調諧傳動系扭振固有頻率。2)增加傳動系扭振阻尼，抑制扭轉共振響應振幅，并衰減因沖擊而產生的瞬態扭振。3)控制動力傳動系總成怠速時離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振與噪聲。4)緩和非穩定工況下傳動系的扭轉沖擊載荷和改善離合器的接合