離合器設(shè)計(jì)(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(qū)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(shè)計(jì)第三節(jié)離合器主要參數(shù)的選擇離合器的靜摩擦力矩根據(jù)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(shù)，計(jì)算時(shí)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(shù)，是從動(dòng)盤數(shù)的兩倍。

一、摩擦面上靜摩擦力矩的計(jì)算（2-1）

假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有

式中，--摩擦面單位壓力

--一個(gè)摩擦面的面積

--摩擦片外徑

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

（2-3）當(dāng)d／D≥0.6時(shí)，Rc可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計(jì)算一、摩擦面上靜摩擦力矩的計(jì)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(nèi)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(jì)算

為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)Tc應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即

(2-5)

式中，發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩

β離合器的后備系數(shù)

β定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，β必須大于1。一、摩擦面上靜摩擦力矩的計(jì)算二、離合器的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)

離合器的基本參數(shù)主要有:

性能參數(shù)和。尺寸參數(shù)D

和d

及摩擦片厚度b

1．后備系數(shù)β1)摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。

2)要防止離合器滑磨過大。

3)要能防止傳動(dòng)系過載

使用條件較好時(shí)，β可選取小些；貨車總質(zhì)量越大，β也應(yīng)選得越大；采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的β值應(yīng)比汽油機(jī)大些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)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(shù)的設(shè)計(jì)1．后備系數(shù)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(shù)的設(shè)計(jì)2．單位壓力

離合器使用頻繁，發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，應(yīng)取小些；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，應(yīng)取小些；`

后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增大。

當(dāng)摩擦片采用不同材料時(shí)，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(shù)的設(shè)計(jì)3．摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b

摩擦片外徑D也可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩按如下經(jīng)驗(yàn)公式選用

式中，為直徑系數(shù)，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(shù)的設(shè)計(jì)二、離合器的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)

在同樣外徑D時(shí)，內(nèi)徑d不宜小，會(huì)使摩擦面上的壓力分布不均勻，使內(nèi)外緣圓周的相對(duì)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(zhuǎn)減振器的安裝。摩擦片尺寸應(yīng)符合尺寸系列標(biāo)準(zhǔn)5764—86《汽車用離合器面片》，所選的D應(yīng)使摩擦片最大圓周速度不超過65～70m／s，以免摩擦片發(fā)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(shù)的設(shè)計(jì)二、離合器的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)4.摩擦因數(shù)f、摩擦面數(shù)Z和間隙Δt

摩擦因數(shù)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(shù)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(shù)較大且穩(wěn)定。各種材料的f見下表。二、離合器的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)二、離合器的基本參數(shù)的設(shè)計(jì)習(xí)題：某汽車采用多片式離合器。已知：摩擦工作面數(shù)Z=6，摩擦片外徑D=254mm，內(nèi)徑d=177mm，摩擦系數(shù)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(zhuǎn)速n＝600r/min時(shí)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(shè)計(jì)第四節(jié)膜片彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算碟簧部分分離指部分

假設(shè)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(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷Fl集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形為λ1。(a)自由狀態(tài)(b)壓緊狀態(tài)(c)分離狀態(tài)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(qiáng)度校核

由前面假設(shè)可知，子午斷面在中性點(diǎn)O處沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱悖试擖c(diǎn)的切向應(yīng)力為零，O點(diǎn)以外的點(diǎn)均存在切向應(yīng)變和切向應(yīng)力。建立如圖2—9所示的坐標(biāo)系，則斷面上任意點(diǎn)(x，y)的切向應(yīng)力σt為

式中，α為自由狀態(tài)時(shí)碟簧部分的圓錐底角；β為從自由狀態(tài)起，φ碟簧子午斷面的轉(zhuǎn)角；e為中性點(diǎn)半徑，。當(dāng)φ一定時(shí)，一定的切向應(yīng)力在坐標(biāo)系中呈線性分布，當(dāng)時(shí)有

二、膜片彈簧的強(qiáng)度校核

三、膜片彈簧主要參數(shù)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(duì)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(nèi)。

三、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇

三、膜片彈簧主要參數(shù)的選擇4．膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。新離合器在接合狀態(tài)時(shí)，

B一般取在凸點(diǎn)M和拐點(diǎn)H

之間，且靠近或在H點(diǎn)處，，以保證摩擦片在最大磨損限度△入范圍內(nèi)壓緊力從F1B到F1A變化不大。當(dāng)分離時(shí)，膜片彈簧工作點(diǎn)從B變到C，為最大限度地減小踏板力，C點(diǎn)心盡量靠近N點(diǎn)。5．n的選取分離指數(shù)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(shè)計(jì)第五節(jié)扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)共振：扭轉(zhuǎn)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(dòng)系的首端扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階(通常為三階)固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：1)降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。2)增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振。3)控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)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(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷和改善離合器的接合