吉林大学汽车设计课件第二章

汽车工程系第二章离合器设计第一节概述第二节离合器的结构方案分析第三节离合器主要参数的选择第四节离合器的设计与计算第五节扭转减振器的设计第六节离合器的操纵结构第七节离合器主要零部件的结构设计第二章离合器设计汽车工程系第一节概述一、功用1、保证汽车平稳起步；2、换挡时可减少齿轮轮齿间的冲击；3、防止传动系零部件过载损坏；4、降低传动系的振动和噪声。第二章离合器设计汽车工程系第一节概述二、组成包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵结构四部分（P52图）第二章离合器设计汽车工程系第一节概述三、设计要求1.能可靠地传递发动机最大转矩2.主、从动部分分离要彻底3.接合平顺，确保起步平稳4.从动部分转动惯量小5.吸热能力强，散热性能好6.避免扭振，并具有吸振、缓冲、减少噪声的能力7.操纵轻便、准确，以减轻驾驶员疲劳8.作用到摩擦衬片上的正压力和摩擦系数变化要小9.应有足够强度和良好的动平衡,保证工作可靠,寿命长10.结构简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析一、分类第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析二、从动盘数的选择第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——特点优点（1）有较理想的非线性特性，弹簧压力在衬片磨损范围内基本不变，因而传递转矩大致不变；（2）兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单紧凑，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时压紧力下降极小，性能稳定（4）压力分布均匀，摩擦片磨损均匀（5）通风散热好，使用寿命长（6）膜片弹簧中心与离合器中心重合，平衡性好缺点制造工艺复杂，成本高，对材质和精度要求高第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——特点第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——拉式和推式第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——拉式和推式主要区别——膜片弹簧安装方向相反，支承方式不同第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——拉式和推式①当离合器尺寸、Temax相同时。第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析三、膜片弹簧离合器——支承形式推式膜片弹簧的支承形式双支承环单支承环无支承环拉式膜片弹簧的支承形式无支承环单支承环第二章离合器设计汽车工程系第二节离合器的结构方案分析四、压盘的驱动方式凸块—窗口式传力销式键块式弹性传动片式第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择一、离合器传递转矩的能力1、取决于摩擦面间的静摩擦力矩：Tc=f·F·Z·Rc式中：F为工作压力；f为摩擦因数，0.25~0.30；Z为摩擦面数；Rc为平均摩擦半径。2、平均摩擦半径假设压力分布均匀，将分布力等效为集中力，得：当d/D0.6时，有：第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择一、离合器传递转矩的能力3、摩擦面的单位压力p0：得到静摩擦力矩4、离合器的后备系数β离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，β=Tc/Temax。为了保证可靠地传递发动机的最大转矩，要求β必须大于1。第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择二、后备系数的选择考虑以下因素，β不宜选取过大。防止传动系过载紧急接合离合器，T传≥（2~3）Temax不松开离合器、紧急制动，T传=（15~20）Temax保证离合器尺寸小，结构简单。减少踏板力，操纵轻便。（单位压力小）发动机缸数多，转矩平稳，β可取小些。膜片弹簧离合器可以取小。（压紧力稳定）第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择二、后备系数的选择下列因素要求β不宜选取过小。衬片磨损后，仍能可靠传递Temax，β宜取大些。防止离合器接合时滑磨过大，导致寿命下降；使用条件恶劣，有拖挂，为提高起步能力；柴油机因工作粗暴，转矩不平稳，β宜取大些。第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择三、单位压力p0材料[p0]MPa石棉基材料0.10~0.35粉末冶金材料0.35~0.50金属陶瓷0.70~1.50第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择四、摩擦片外径D、内径d和厚度b当离合器结构形式及摩擦材料选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算：摩擦片外径也可根据发动机最大转矩按经验公式选用式中KD为直径系数，取值见表2-3。30max)1(123cfZpTDemaxeDTKD第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择四、摩擦片外径D、内径d和厚度b当D确定后，d可按d/D在0.53~0.70来确定；D不变时，若d取小时：摩擦面积增加，Tc增加；但压力分布不均匀；内外圆圆周速度差别大；减振器安装困难。D、d、b应符合国标GB/T5764-1998《汽车用离合器面片》。所选D应使摩擦片最大圆周速度不超过65-70m/s，以免摩擦片发生飞离。第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙Δt摩擦因数取决于摩擦片所用材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素摩擦片材料主要有石棉基材料、粉末冶金和金属陶瓷等。石棉基材料摩擦因数受工作温度、单位压力和滑磨速度影响较大，而粉末冶金和金属陶瓷的摩擦因数较大且稳定。各种材料的f见表2-3。第二章离合器设计汽车工程系第三节离合器主要参数的选择五、摩擦因数f、摩擦面数Z和间隙Δt摩擦面数为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及结构尺寸。离合器间隙是指离合器处于正常接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，一般为3-4mm。第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化1.设计变量β=Tc/Temax=fFZRc/Temax；取决于F、D、d。p0=4F/π(D2-d2)，p0取决于F、D、d。离合器基本参数的优化设计变量为：第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化2.目标函数参数优化设计的目标是，在保证性能的条件下结构尺寸（D、d）尽可能小。即目标函数：第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化3.约束条件1)D应保证Vd≤65~70m/s2)0.53≤c≤0.703)1.2≤β≤4.04)d2R0+50，R0为减振弹簧位置半径5)单位面积传递的转矩6)7)单位摩擦面积的滑磨功w第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算二、膜片弹簧的弹性特性1.碟簧子午断面坐标系膜片弹簧受载后，碟簧子午断面绕O点转动，该点切向应变与应力均为零，称之为中性点。将坐标原点取在中性点处。第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算二、膜片弹簧的弹性特性2.膜片弹簧的变形第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算二、膜片弹簧的弹性特性3.碟簧变形与载荷的关系式中：H——内截锥高；h——板厚；R、r——自由状态时大、小端半径；R1、r1——压盘、支撑环加载点半径；第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算二、膜片弹簧的弹性特性4.分离指变形与载荷的关系第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算三、膜片弹簧的强度计算1.切向应力在碟簧子午断面中的分布=0的等应力线：y=(-/2)xK点为所有等应力线交点：（-e,-(-/2)e）第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算三、膜片弹簧的强度计算2.碟簧最大切向应力点最大压应力在B点（-(e-r),h/2）变形过程中，压应力最大值对应的夹角：最大拉应力出现在A点第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算三、膜片弹簧的强度计算3.B点的当量应力在分离轴承推力作用下，B点还受弯曲作用。弯曲应力：根据最大切应力理论，B点的当量应力为：60Si2MnA材料的许用应力为1500~1700MPa。第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算四、膜片弹簧基本参数的选择1.H/h和hH/h决定了膜片弹簧弹性特性曲线的形状。推荐H/h=1.5~2.0，h=2~4mm第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算四、膜片弹簧基本参数的选择2.R/r和R、r的选择比值R/r大，则材料利用率低；弹簧刚度大；弹性特性曲线受直径误差影响大；应力越高。推荐R/r=1.20~1.35推式：R≥Rc（摩擦片平均半径）；拉式：r≥Rc3.α=9º~15º第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算四、膜片弹簧基本参数的选择4.膜片弹簧工作点位置的选择拐点H对应着膜片弹簧压平的位置；工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，靠近H点处。1B=(0.8~1.0)1H5.分离指数目n12≤n≤24，一般取18第二章离合器设计汽车工程系第四节离合器的设计与计算五、膜片弹簧材料及制造工艺1.材料：60Si2MnA或50CrVA2.工艺：强压处理：在分离方向上，使之过位移3~8次；塑性变形产生反向残余应力，使疲劳寿命提高5%~30%。凹面或双面喷丸处理：表层产生塑性变形，形成强化层，提高疲劳寿命。分离指端部高频淬火与镀铬：可提高耐磨能力膜片弹簧与压盘接触圆处挤压处理：防止产生裂纹第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计一、组成与功用1.组成弹性元件和阻尼元件（阻尼片）2.功用降低传动系扭转刚度；增加传动系扭转阻尼，抑制扭转共振振幅；控制怠速时的扭振和噪声；缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷。3.弹性特性：线性和非线性第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计二、参数选择1.极限转矩Tj：是指减振器消除限位销与从动盘毂缺口之间间隙Δ1时所能传递的最大转矩。Tj=（1.5~2.0）Temax2.扭转角刚度kφ式中：K——弹簧线刚度Zj——弹簧数R0——弹簧分布半径合理的扭转角刚度可以使系统的共振现象不发生在发动机常用工作转速范围内。初选时，取kφ≤13Tj。第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计二、参数选择3.阻尼摩擦转矩Tμ合理选择Tμ，可以有效消除扭转振动。初选Tμ=(0.06~0.17)Temax4.预紧转矩TnTn增大，共振频率将减小，但不应大于Tμ。初选Tn=(0.05~0.15)Temax5.减振弹簧位置半径R0R0尽可能大一些，一般R0=（0.60~0.75）d/2。第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计二、参数选择6.减振弹簧个数Zj根据摩擦片外径选取。7.减振弹簧总压力F限位销与从动盘毂之间的间隙被消除时的弹簧受到的压力。F=Tj/R08.极限转角jL为弹簧工作变形量），通常取3°~12°。第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计三、双质量飞轮1.结构第二章离合器设计汽车工程系第五节扭转减振器的设计三、双质量飞轮2.特点优点：R0提高，弹簧刚度下降，允许转角变大。降低发动机变速器振动系统固有频率，避免怠速时共振。减振效果提高。从动盘上没有减振器，从动部分转动惯量下降，对换档有利。3.缺点弹簧安装半径大，离心力大，弹簧中段易鼓出，磨损严重。第二章离合器设计汽车工程系第六节离合器的操纵机构一、对操纵机构的设计要求1.操纵轻便。踏板力要小，踏板行程要合理。2.有踏板自由行程调整机构。3.有踏板行程限位装置，防止操纵机构过载。4.有足够的刚度。5.传动效率要高。6.发动机振动，车架、驾驶室变形不会影响正常工作。7.工作可靠、寿命长，维修保养方便。第二章离合器设计汽车工程系第六节离合器的操纵机构二、结构形式选择第二章离合器设计汽车工程系第六节离合器的操纵机构三、操纵机构的设计计算1.踏板行程S式中：Z——面数；△S——分离间隙2.踏板力Ff第二章离合器设计汽车工程系第七节离合器主要零部件的结构设计一、从动盘总成1.组成从动盘毂摩擦片从动片扭转减振器2.应满足如下要求转动惯量小；具有轴向弹性；应