離合器的設(shè)計(jì)

1、2-2 2-2 離合器的設(shè)計(jì)離合器的設(shè)計(jì) 一、一、離合器主要參數(shù)的確定離合器主要參數(shù)的確定 片式摩擦離合器的主要參數(shù)有片式摩擦離合器的主要參數(shù)有摩擦轉(zhuǎn)矩摩擦轉(zhuǎn)矩，儲(chǔ)備系儲(chǔ)備系 數(shù)數(shù)，摩擦副數(shù)量摩擦副數(shù)量和和摩擦襯片的內(nèi)外徑摩擦襯片的內(nèi)外徑等。前兩個(gè)參等。前兩個(gè)參 數(shù)主要表征離合器的工作能力，可稱為數(shù)主要表征離合器的工作能力，可稱為性能參數(shù)性能參數(shù)， 后兩個(gè)參數(shù)則說(shuō)明離合器結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)，可稱為后兩個(gè)參數(shù)則說(shuō)明離合器結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)，可稱為 結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。這兩個(gè)參數(shù)之間具有內(nèi)在聯(lián)系并相互影。這兩個(gè)參數(shù)之間具有內(nèi)在聯(lián)系并相互影 響。響。 （一）（一）離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩 離合器的摩擦

2、轉(zhuǎn)矩離合器的摩擦轉(zhuǎn)矩M Mm m由摩擦表面上的壓緊力由摩擦表面上的壓緊力P P 所產(chǎn)生的，摩擦轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的，摩擦轉(zhuǎn)矩M Mm m與離合器所具有的摩擦副與離合器所具有的摩擦副 數(shù)量，摩擦工作面的材料特性和結(jié)構(gòu)尺寸以及壓數(shù)量，摩擦工作面的材料特性和結(jié)構(gòu)尺寸以及壓 緊力的大小有關(guān)，其關(guān)系式為緊力的大小有關(guān)，其關(guān)系式為： MPR Zk md 0 離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩（離合器的最大摩擦轉(zhuǎn)矩（NmNm）；）； 摩擦系數(shù)，可參考表摩擦系數(shù)，可參考表3-3-13-3-1選取；選取； 壓在摩擦表面上的壓緊力（壓在摩擦表面上的壓緊力（N N）；）； 摩擦力作用等效半徑（摩擦力作用等效半徑（m m）；）； 摩擦副數(shù)

3、量，摩擦副數(shù)量，Z=m+n-1Z=m+n-1，其中，其中m m為主動(dòng)片的為主動(dòng)片的 數(shù)量，數(shù)量，n n從動(dòng)件的數(shù)量；從動(dòng)件的數(shù)量； 壓緊力損失系數(shù)，考慮壓緊力在逐片順次壓緊力損失系數(shù)，考慮壓緊力在逐片順次 傳遞過(guò)程中要克服花鍵等聯(lián)接中的滑動(dòng)摩擦力而漸傳遞過(guò)程中要克服花鍵等聯(lián)接中的滑動(dòng)摩擦力而漸 次減小所造成的損失系數(shù)。次減小所造成的損失系數(shù)。 MPR Zk md 0 M m P Rd Z k 0 花鍵軸導(dǎo)向面與摩擦片花鍵軸導(dǎo)向面與摩擦片 內(nèi)齒的摩擦系數(shù)，對(duì)干式內(nèi)齒的摩擦系數(shù)，對(duì)干式 0.130.130.300.30， 濕式濕式 0.060.060.080.08。 與摩擦副數(shù)量和摩擦片工作條件有

4、關(guān)與摩擦副數(shù)量和摩擦片工作條件有關(guān)。 z z k) 1 1 (1 2 1 0 假定壓緊力假定壓緊力P P是均勻分布在摩擦表面上，所以：是均勻分布在摩擦表面上，所以： 式中式中：qq摩擦表面的單位壓力（摩擦表面的單位壓力（MpaMpa）；）； A A摩擦副的面積（摩擦副的面積（m m2 2）。）。 當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，每個(gè)摩擦副的面積當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，每個(gè)摩擦副的面積A A： 式中式中：D D2 2、 、D D1 1 摩擦襯片的外徑和內(nèi)徑（摩擦襯片的外徑和內(nèi)徑（m m）。）。 PqA10 6 A DD () 2 2 1 2 4 對(duì)濕式離合器而言，摩擦副的面積為扣除油槽對(duì)濕式離合器而言，摩擦副的面積

5、為扣除油槽 面積面積 A A后的有效摩擦工作面面積后的有效摩擦工作面面積A A1 1。 對(duì)徑向油槽對(duì)徑向油槽A A為為(0.1(0.1 0.2)A0.2)A； 對(duì)螺旋油槽對(duì)螺旋油槽A=(0.35A=(0.35 0.4)A0.4)A；對(duì)螺旋徑向油；對(duì)螺旋徑向油 槽槽 A A為為(0.45(0.45 0.6)A0.6)A，故，故 A A1 1=A-=A-A A 當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，摩擦力作用等效半徑當(dāng)摩擦面為環(huán)狀時(shí)，摩擦力作用等效半徑R Rd d可足夠精可足夠精 確地取為摩擦襯片外徑確地取為摩擦襯片外徑D D2 2和內(nèi)徑和內(nèi)徑D D1 1的平均值：的平均值： R DD d 21 4 均均 壓：壓：

6、, )(3 2 1 2 2 3 1 3 2 DD DD Rc 2 1 D D C 施加在摩擦面上的單位壓力施加在摩擦面上的單位壓力， A F p 0 )1( 12 33 20max CDp fZ MM ec 離合器的離合器的M Mc c值，只有在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢后才確定。值，只有在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完畢后才確定。 （二）（二）離合器基本參數(shù)的選擇離合器基本參數(shù)的選擇 基本參數(shù)主要有性能參數(shù)基本參數(shù)主要有性能參數(shù)和和q q，尺寸參數(shù)，尺寸參數(shù)D D2 2和和 D D1 1及摩擦片厚度及摩擦片厚度b b。 1 1、儲(chǔ)備系數(shù)儲(chǔ)備系數(shù) 儲(chǔ)備系數(shù)儲(chǔ)備系數(shù)是離合器一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它反映是離合器一個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)，它反映

7、 了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇 時(shí)，應(yīng)保證離合器應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)保證離合器應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn) 矩、要防止離合器滑磨過(guò)大、要能防止傳動(dòng)系過(guò)載。矩、要防止離合器滑磨過(guò)大、要能防止傳動(dòng)系過(guò)載。 maxe m M M 因此，在選擇因此，在選擇時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：時(shí)應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： （1 1）為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，不宜選取太?。徊灰诉x取太?。?（2 2）為減少傳動(dòng)系過(guò)載，保證操縱輕便，為減少傳動(dòng)系過(guò)載，保證操縱輕便，又不宜又不宜 選取太大；選取太大； （3 3）當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較

8、好時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)， 可選取小些；可選取小些； （4 4）當(dāng)使用條件惡劣，為提高起步能力、減少離合當(dāng)使用條件惡劣，為提高起步能力、減少離合 器滑磨，器滑磨，應(yīng)選取大些；應(yīng)選取大些； （5 5）車輛總質(zhì)量越大，車輛總質(zhì)量越大，也應(yīng)選得越大；也應(yīng)選得越大； （6 6）柴油機(jī)工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的柴油機(jī)工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的 值應(yīng)比汽油機(jī)大些；值應(yīng)比汽油機(jī)大些； （7 7）發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，可選取小可選取小 些；些； （8 8）蝶形彈簧離合器選取的蝶形彈簧離合器選取的值可比螺旋彈簧離合值可比螺旋彈簧離合 器小些

9、；器小些； （9 9）雙片離合器的雙片離合器的值應(yīng)大于單片離合器。值應(yīng)大于單片離合器。 2 2、摩擦片外徑摩擦片外徑D D2 2、內(nèi)徑、內(nèi)徑D D1 1和厚度和厚度 摩擦襯片的外徑受飛輪尺寸和摩擦片最大圓摩擦襯片的外徑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周速度的限制，一般可取飛輪直徑的0.750.80.750.8倍，倍， 也可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按汽車用干式離合器的也可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按汽車用干式離合器的 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： (cm) 式中式中： 發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（NmNm）；）； A A 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)經(jīng)驗(yàn)系數(shù) D M A e 2 max M em a

10、x 轎車：轎車：0.470.47；載重車：?jiǎn)纹惠d重車：?jiǎn)纹珹=0.30.4A=0.30.4， 雙片雙片A=0.45A=0.45 0.550.55，輕型車取上限，重型車取下限；，輕型車取上限，重型車取下限； 自卸車、特殊用途車：自卸車、特殊用途車：0.190.19。 摩擦片的厚度摩擦片的厚度b b主要有主要有3.2mm3.2mm、3.5mm3.5mm和和4.0mm4.0mm 三種。三種。 要求：要求： （1 1）標(biāo)準(zhǔn)化（標(biāo)準(zhǔn)化（JB1457-74JB1457-74）。）。 （2 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)。檢查該尺寸是否在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪允許尺寸范圍內(nèi)。 （3 3）大圓周線速度大圓

11、周線速度vv不超過(guò)不超過(guò)6570m/s6570m/s，以免發(fā)生飛，以免發(fā)生飛 離的危險(xiǎn)。離的危險(xiǎn)。 60 2 v nD v eH （4 4）摩擦襯片的內(nèi)徑可參考現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的摩擦襯片的內(nèi)徑可參考現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的c c值來(lái)確定，值來(lái)確定， c=Dc=D1 1/D/D2 2。對(duì)。對(duì)c c值選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到摩擦有效的值選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到摩擦有效的 利用以及摩擦片是否能正常可靠地工作。在摩擦表利用以及摩擦片是否能正常可靠地工作。在摩擦表 面單位壓力允許的條件下采用較大的面單位壓力允許的條件下采用較大的c c值，即增加內(nèi)值，即增加內(nèi) 徑，可使摩擦表面的磨損均勻和防止滑磨時(shí)由于內(nèi)、徑，可使摩擦表面的磨損均勻和

12、防止滑磨時(shí)由于內(nèi)、 外圓的圓周速度相差太大，溫升不一致而產(chǎn)生的翹外圓的圓周速度相差太大，溫升不一致而產(chǎn)生的翹 曲。通常干式離合器，曲。通常干式離合器，c c值一般在值一般在0.550.55 0.680.68之間；之間； 濕式離合器，濕式離合器，c c值一般在值一般在0.750.75 0.870.87之間。之間。 3 3、單位壓力單位壓力q q 單位壓力單位壓力q q對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很 大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī) 后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)

13、量和后備 系數(shù)等因素。系數(shù)等因素。 離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)， q q應(yīng)取小些，使離合器尺寸加大，可減少磨損，提高應(yīng)取小些，使離合器尺寸加大，可減少磨損，提高 使用壽命使用壽命 ；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片 外緣處的熱負(fù)荷，外緣處的熱負(fù)荷，q q應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可 適當(dāng)增大適當(dāng)增大q q 。 工程機(jī)械在工作時(shí)經(jīng)常需要頻繁地使用離合器，工程機(jī)械在工作時(shí)經(jīng)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)而且它們的作業(yè)條件差，屬于重載荷類型，因此應(yīng)

14、 選用較小的選用較小的q q值。值。 q P DD 4 2 2 1 2 () 要求要求qq，式中，式中q為摩擦材料的許用比壓。為摩擦材料的許用比壓。 否則，應(yīng)對(duì)初選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。否則，應(yīng)對(duì)初選參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。 二、二、壓緊彈簧設(shè)計(jì)壓緊彈簧設(shè)計(jì) 壓緊彈簧從結(jié)構(gòu)上有圓柱螺旋彈簧和碟形彈壓緊彈簧從結(jié)構(gòu)上有圓柱螺旋彈簧和碟形彈 簧兩種?；蓛煞N。 （一）（一）圓柱螺旋彈簧圓柱螺旋彈簧 周置式采用圓柱螺旋彈簧，初選彈簧數(shù)目周置式采用圓柱螺旋彈簧，初選彈簧數(shù)目n n 一般為一般為6 6，9 9，1212，1515等；等； 中央式可采用圓柱螺旋彈簧亦可采用碟形彈中央式可采用圓柱螺旋彈

15、簧亦可采用碟形彈 簧。簧。 圓柱螺旋壓緊彈簧計(jì)算用簡(jiǎn)圖參考圖圓柱螺旋壓緊彈簧計(jì)算用簡(jiǎn)圖參考圖2 2- -1 1。必須。必須 指出：適合作主離合器壓緊彈簧的彈簧剛度一般在指出：適合作主離合器壓緊彈簧的彈簧剛度一般在 20 20 45 N/mm 45 N/mm，可按下式計(jì)算：，可按下式計(jì)算： iD dG h P f P K tp tm t 3 4 0 8 每個(gè)彈簧在接合時(shí)的載荷每個(gè)彈簧在接合時(shí)的載荷P 0 n p P 0 離合器接合時(shí)彈簧的變形量，它為彈簧自離合器接合時(shí)彈簧的變形量，它為彈簧自 由高度由高度 與工作高度與工作高度 之差，即之差，即 f 0 ll 0llf 圖圖2 2- -1 1 圓

16、柱螺旋壓緊彈簧計(jì)算用簡(jiǎn)圖圓柱螺旋壓緊彈簧計(jì)算用簡(jiǎn)圖 02 . 0 PP Zh P 離合器分離時(shí)因彈簧附加變形保證分離間隙所引離合器分離時(shí)因彈簧附加變形保證分離間隙所引 起的附加載荷，一般起的附加載荷，一般 h 離合器分離時(shí)彈簧附加變形量離合器分離時(shí)彈簧附加變形量， ， Z Z是摩擦副數(shù)量，是摩擦副數(shù)量， 是主動(dòng)盤與從動(dòng)盤的分離是主動(dòng)盤與從動(dòng)盤的分離 間隙（一般單盤式為間隙（一般單盤式為0.75 0.75 1.25 mm 1.25 mm，雙盤式，雙盤式 為為0.5 0.5 0.9 mm 0.9 mm，多盤式為，多盤式為0.2 0.2 0.4 mm) 0.4 mm)； Gm Dd tpt , a

17、m GPG82材料的扭轉(zhuǎn)彈性模量材料的扭轉(zhuǎn)彈性模量 彈簧的中徑和鋼絲的直徑彈簧的中徑和鋼絲的直徑 i i彈簧的工作圈數(shù)彈簧的工作圈數(shù) ) 1()2(idihfl t 彈簧的自由高度彈簧的自由高度 離合器分離時(shí)彈簧的間隙，通常離合器分離時(shí)彈簧的間隙，通常 0.50.51.5mm1.5mm。 t K P ll 0 0 總之，設(shè)計(jì)的圓柱螺旋彈簧除了要滿足強(qiáng)度總之，設(shè)計(jì)的圓柱螺旋彈簧除了要滿足強(qiáng)度 要求外，針對(duì)主離合器的特點(diǎn)，還需滿足：要求外，針對(duì)主離合器的特點(diǎn)，還需滿足： （1 1）彈簧剛度）彈簧剛度 是否在適用范圍？是否在適用范圍？ 一般為一般為202045N/mm45N/mm （2 2）彈簧工作

18、高度）彈簧工作高度 ，是否滿足用來(lái)安是否滿足用來(lái)安 置彈簧壓緊機(jī)構(gòu)的空間尺寸？置彈簧壓緊機(jī)構(gòu)的空間尺寸？ （3 3）壓緊彈簧工作壓力變化是否在規(guī)定范圍內(nèi)，）壓緊彈簧工作壓力變化是否在規(guī)定范圍內(nèi)， 即要求：即要求： 若不能滿足，則需要調(diào)整初選的參數(shù)數(shù)值，若不能滿足，則需要調(diào)整初選的參數(shù)數(shù)值， 直至所有的條件滿足為止。直至所有的條件滿足為止。 ： K Gd Di t mt tp 4 3 8 2 . 115. 1 0 0 0 max0 ll Zll P P （二）（二）碟形彈簧碟形彈簧 碟形彈簧是一種用薄彈簧鋼板沖制的截錐形彈碟形彈簧是一種用薄彈簧鋼板沖制的截錐形彈 簧。它具有變剛度特性及彈簧變形壓

19、平后有翻轉(zhuǎn)的簧。它具有變剛度特性及彈簧變形壓平后有翻轉(zhuǎn)的 功能，因此離合器應(yīng)具有足夠空間讓其翻轉(zhuǎn)。功能，因此離合器應(yīng)具有足夠空間讓其翻轉(zhuǎn)。 碟形彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù)碟形彈簧的結(jié)構(gòu)參數(shù) v 蝶形彈簧自由狀態(tài)下碟蝶形彈簧自由狀態(tài)下碟 簧部分的內(nèi)截錐高度簧部分的內(nèi)截錐高度H H； v 蝶形彈簧鋼板厚度蝶形彈簧鋼板厚度h h ； v 自由狀態(tài)下碟簧部分大自由狀態(tài)下碟簧部分大 端半徑端半徑R R； v 自由狀態(tài)下碟簧部分小自由狀態(tài)下碟簧部分小 端半徑端半徑r r ； v 自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的 圓錐底角圓錐底角； 碟形彈簧的載荷碟形彈簧的載荷- -變形特性曲線變形特性曲線 1 1、載荷、載荷

20、- -變形特性曲線（與變形特性曲線（與 H/hH/h0 0有關(guān)）有關(guān)） 2 0 h H 可承受大載荷可承受大載荷 （1 1） ，開口向上的拋物線，開口向上的拋物線，P f KP f Kt t 2 0 h H （2 2） ，中間有一段水平線，在水平段，中間有一段水平線，在水平段，f f p pconstconst，K Kt t0 0。 （3 3） ，這種碟形彈簧軸向尺寸小，壓緊力，這種碟形彈簧軸向尺寸小，壓緊力 分布均勻，由于變剛度特性只要選定合適的工作點(diǎn)，可分布均勻，由于變剛度特性只要選定合適的工作點(diǎn)，可 使壓緊力不致因摩擦襯面的磨損而迅速減小，并可不增使壓緊力不致因摩擦襯面的磨損而迅速減小，并可不增 加分離時(shí)所需的操縱力。適用離合器的壓緊彈簧。加分離時(shí)所需的操縱力。適用離合器