第二章离合器设计优秀PPT.ppt
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1、第二章离合器设计第一页,本课件共有72页第二章第二章离合器设计离合器设计 第一节第一节 离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析 第二节第二节 离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择 第三节第三节 离合器的设计与计算离合器的设计与计算 第四节第四节 扭转减振器和操纵机构的设计扭转减振器和操纵机构的设计 第二页,本课件共有72页汽车离合器设计的基本要求汽车离合器设计的基本要求1)在任何行驶条件下,能可靠地传递发动机的最大转矩。在任何行驶条件下,能可靠地传递发动机的最大转矩。2)接合时平顺柔和,保证汽车起步时没有抖动和冲击。接合时平顺柔和,保证汽车起步时没有抖动和冲击。3)分离时要迅速、彻底。分
2、离时要迅速、彻底。4)从动部分转动惯量小,减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。从动部分转动惯量小,减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。5)有良好的吸热能力和通风散热效果。有良好的吸热能力和通风散热效果。6)避免传动系产生扭转共振,有吸收振动、缓和冲击能力。避免传动系产生扭转共振,有吸收振动、缓和冲击能力。7)操纵轻便、准确。操纵轻便、准确。8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小,保证有稳定的工作性能。程中变化要尽可能小,保证有稳定的工作性能。9)应有足够的强度和良好的动平衡。应有足够的强度和良好的动平衡。10)结构应简单、紧凑
3、,制造工艺性好,维修、调整方便等。结构应简单、紧凑,制造工艺性好,维修、调整方便等。第三页,本课件共有72页第一节第一节离合器的结构方案分析离合器的结构方案分析汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。按其从动按其从动盘的数目盘的数目单片单片双片双片多片多片根据压紧弹簧根据压紧弹簧布置形式布置形式圆周布置圆周布置中央布置中央布置斜向布置等斜向布置等根据使用的根据使用的压紧弹簧形式压紧弹簧形式圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧圆锥螺旋弹簧膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器根据分离时所受根据分离时所受作用力的方向作用力的方向拉式拉式推式推式第四页,本课件共有72页1从动盘数的对比
4、从动盘数的对比从动部从动部分转动分转动惯量惯量散热散热性性分离分离性性结合结合平顺平顺性性轴向轴向尺寸尺寸传递传递转矩转矩结构结构踏板踏板力力应用应用单单盘盘小小好好彻底彻底不够不够平顺平顺小小小小简单简单大大轿车、轿车、微轻货微轻货双双盘盘中中较差较差不够不够彻底彻底平顺平顺较长较长较大较大较复杂较复杂较小较小中重货中重货多多盘盘大大好好不彻不彻底底平顺平顺长长大大复杂复杂小小牵引、牵引、自卸自卸第五页,本课件共有72页第六页,本课件共有72页2压紧弹簧和布置形式的选择压紧弹簧和布置形式的选择周置弹簧离合器采用圆柱螺旋周置弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧,优点是结构简单、制造容易。弹簧,优点是结构
5、简单、制造容易。当发动机最大转速很高时,周置弹当发动机最大转速很高时,周置弹簧受离心力作用而向外弯曲,压紧簧受离心力作用而向外弯曲,压紧力降低。力降低。中央弹簧离合器采用中央弹簧离合器采用圆柱弹簧或圆锥弹簧。可圆柱弹簧或圆锥弹簧。可选较大杠杆比来减小踏板选较大杠杆比来减小踏板力,与压盘不直接接触即力,与压盘不直接接触即不会受热退火,调整压紧不会受热退火,调整压紧力较容易,力较容易,多用于重型车多用于重型车。斜置弹簧离合器:摩擦片磨损或分离离合器时,压盘所受的斜置弹簧离合器:摩擦片磨损或分离离合器时,压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的优点,压紧力几乎保持不变。具有工作性
6、能稳定、踏板力较小的优点,重型汽车上采用。重型汽车上采用。第七页,本课件共有72页第八页,本课件共有72页膜片弹簧离合器优点:膜片弹簧离合器优点:1)具有较理想的非线性特性)具有较理想的非线性特性,平衡性好平衡性好;2)结构简单)结构简单,轴向尺寸小轴向尺寸小,零件数目少零件数目少,质量小;质量小;3)高速旋转时)高速旋转时,压紧力降低很少压紧力降低很少,性能稳定;性能稳定;4)压力分布均匀)压力分布均匀,摩擦片磨损均匀;摩擦片磨损均匀;5)易于实现良好的通风散热)易于实现良好的通风散热,使用寿命长。使用寿命长。制造工艺较制造工艺较复杂,对材质复杂,对材质和尺寸精度要和尺寸精度要求高。求高。第
7、九页,本课件共有72页第十页,本课件共有72页3膜片弹簧支承形式膜片弹簧支承形式推式膜片弹簧离合器推式膜片弹簧离合器第十一页,本课件共有72页3膜片弹簧支承形式膜片弹簧支承形式推式膜片弹簧离合器推式膜片弹簧离合器只有一个支承环位于膜片弹簧只有一个支承环位于膜片弹簧的前端或后端,另一个支承环的前端或后端,另一个支承环用离合器盖的凸台或弹性挡环用离合器盖的凸台或弹性挡环替代。替代。膜片弹簧的前后都没有支承环。膜片弹簧的前后都没有支承环。第十二页,本课件共有72页3膜片弹簧支承形式膜片弹簧支承形式拉式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧离合器第十三页,本课件共有72页拉式膜片弹簧离合器特点:拉式膜片弹簧离合器
8、特点:1)结构简单,零件数目更少,质量更小;结构简单,零件数目更少,质量更小;2)膜片弹簧直径较大膜片弹簧直径较大,提高了传递转矩的能力提高了传递转矩的能力;3)离合器盖的变形量小,分离效率高;离合器盖的变形量小,分离效率高;4)杠杆比大,传动效率较高,踏板操纵轻便。杠杆比大,传动效率较高,踏板操纵轻便。5)在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。6)使用寿命更长。使用寿命更长。拉式膜片弹簧需专门的分离轴承,结构较复杂,拉式膜片弹簧需专门的分离轴承,结构较复杂,安装拆卸较困难,且分离行程略比推式大。安装拆卸较困难,且分离行程略比推式大。拉式膜片弹簧离合器拉式膜片弹簧
9、离合器第十四页,本课件共有72页4.压盘的驱动方式压盘的驱动方式第十五页,本课件共有72页离离合合器器通通风风散散热热措措施施第十六页,本课件共有72页第二节第二节离合器主要参数的选择离合器主要参数的选择离合器的静摩擦力矩,根据摩擦定律离合器的静摩擦力矩,根据摩擦定律假设摩擦片上工作压力均匀,则有假设摩擦片上工作压力均匀,则有对比对比Tc表达式,可得平均摩擦半径表达式,可得平均摩擦半径 当当d/D0.6时,时,Rc可相当准确地由下式计算可相当准确地由下式计算第十七页,本课件共有72页 式中,式中,c为摩擦片内外径之比,为摩擦片内外径之比,c=d/D,一般在,一般在0.530.70之间。之间。v
10、vD D不变,不变,不变,不变,C C取大,取大,取大,取大,dd则则则则TcTc或者或者或者或者p p0 0 则磨损则磨损则磨损则磨损,寿命,寿命,寿命,寿命 ;vvD D不变,不变,不变,不变,C C取小则取小则取小则取小则d d与与与与D D差值大,圆周速度相差大,磨损不均匀,差值大,圆周速度相差大,磨损不均匀,差值大,圆周速度相差大,磨损不均匀,差值大,圆周速度相差大,磨损不均匀,平整性被破坏,接触不良使平整性被破坏,接触不良使平整性被破坏,接触不良使平整性被破坏,接触不良使Tc Tc,虽,虽,虽,虽A A 但但但但Rc Rc ;为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩
11、,为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩,设计时设计时Tc应大于发动机最大转矩:应大于发动机最大转矩:Tc=Temax 为离合器的后备系数,定义为离合器所能传递的最大静摩为离合器的后备系数,定义为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,擦力矩与发动机最大转矩之比,必须大于必须大于1。第十八页,本课件共有72页摩擦离合器的滑磨v第一阶段第一阶段0-ta:作用在从:作用在从动部分摩接力矩动部分摩接力矩Tc小于换小于换算到离合器从动部分汽车算到离合器从动部分汽车阻力矩阻力矩T,汽车不动,汽车不动,但离合器开始滑磨。但离合器开始滑磨。v 第二阶段第二阶段ta-ts:Tc大
12、于大于T,汽车开始起步,到汽车开始起步,到ts时刻,主、时刻,主、从动部分角速度达到一致时,从动部分角速度达到一致时,离合器的滑磨停止,整个接离合器的滑磨停止,整个接合过程结束。合过程结束。ts为滑磨时间。为滑磨时间。第十九页,本课件共有72页第二十页,本课件共有72页主动部分:主动部分:从动部分:从动部分:解得滑磨时间:解得滑磨时间:第二十一页,本课件共有72页三角形三角形OSD的面积相当于滑磨角的值。的面积相当于滑磨角的值。滑磨功可表示为滑磨功可表示为第二十二页,本课件共有72页离合器基本参数的选择离合器基本参数的选择性能参数性能参数、p0,尺寸参数,尺寸参数D、d及摩擦片厚度及摩擦片厚度
13、b。一、后备系数一、后备系数1)为可靠传递发动机最大转矩,)为可靠传递发动机最大转矩,不宜选取太小;不宜选取太小;2)为减少传动系过载,保证操纵轻便,)为减少传动系过载,保证操纵轻便,又不宜选取太大;又不宜选取太大;3)当发动机后备功率较大、使用条件较好时,)当发动机后备功率较大、使用条件较好时,可选取小;可选取小;4)使用条件恶劣的牵引车,为提高起步能力、减少滑磨,)使用条件恶劣的牵引车,为提高起步能力、减少滑磨,不宜取小;不宜取小;5)汽车总质量越大,)汽车总质量越大,也应选得越大;也应选得越大;第二十三页,本课件共有72页车型车型轻货车、轿车轻货车、轿车1.201.75中、重、载货车中、
14、重、载货车1.52.25越野车、牵引车越野车、牵引车1.84.06)柴油机工作比较粗暴,转矩较不平稳,选取的)柴油机工作比较粗暴,转矩较不平稳,选取的值应比汽油机大值应比汽油机大些;些;7)发动机缸数越多,转矩波动越小,)发动机缸数越多,转矩波动越小,可选取小些;可选取小些;8)膜片弹簧离合器选取的)膜片弹簧离合器选取的值可比螺旋弹簧离合器小些;值可比螺旋弹簧离合器小些;9)双片离合器的)双片离合器的值应大于单片离合器。值应大于单片离合器。10)若)若过大,在过大,在D、d、F不变条件下,不变条件下,Z,结构复杂;,结构复杂;11)若)若过大过大,在其它尺寸及片数不变时在其它尺寸及片数不变时,
15、F、p0,寿命寿命;第二十四页,本课件共有72页二、单位压力二、单位压力p01.离合器使用频繁则离合器使用频繁则p02.发动机后备功率小则发动机后备功率小则p03.摩擦片外径大则摩擦片外径大则p04.材料材料 材料材料p0石棉基石棉基轿车轿车0.180.35货车货车0.100.24烧结金属烧结金属0.350.60金属陶瓷金属陶瓷0.701.50D Dp p0 0轿车轿车轿车轿车货车货车货车货车0.150.150.300.30石棉基石棉基石棉基石棉基第二十五页,本课件共有72页三、摩擦片外径三、摩擦片外径D、内径、内径d、厚度、厚度b增加增加D受以下因素限制:受以下因素限制:1.圆周速度当圆周速
16、度当v6570m/s时,衬片飞离时,衬片飞离2.国标国标GB5764-86DdbTemax下限下限上限上限1601103.240604302304.02001000第二十六页,本课件共有72页KD为直径系数,取值范围如下表为直径系数,取值范围如下表轿车轿车14.5轻、中型轻、中型货车货车单片单片16.018.5双片双片13.515.0重型货车重型货车22.524.0摩擦片内径确定?摩擦片内径确定?摩擦片的厚度摩擦片的厚度b主要有主要有3.2mm、3.5mm和和4.0mm三种。三种。第二十七页,本课件共有72页第三节第三节离合器的设计与计算离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化一、离合器基本
17、参数的优化1 设计变量设计变量 后后备备系系数数和和单单位位压压力力p0取取决决于于离离合合器器工工作作压压力力F和和尺尺寸寸参参数数D和和d。离合器基本参数的优化设计变量选为离合器基本参数的优化设计变量选为2 目标函数目标函数 保证性能要求条件下,结构尺寸尽可能小,目标函数为保证性能要求条件下,结构尺寸尽可能小,目标函数为第二十八页,本课件共有72页3 约束条件约束条件1)最大圆周速度最大圆周速度D不超过不超过6570ms,2)摩擦片的内外径比摩擦片的内外径比c应在应在0.530.70范围内,范围内,0.53c0.703)转矩和过载要求,转矩和过载要求,值应在一定范围内,值应在一定范围内,1
18、.24.04)内径内径d必须大于减振器弹簧位置直径必须大于减振器弹簧位置直径2Ro约约50mm,d2Ro+505)单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值,单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值,第二十九页,本课件共有72页3 约束条件约束条件6)为降低离合器滑磨时的热负荷,为降低离合器滑磨时的热负荷,0.10MPap01.50MPa7)为为减减少少汽汽车车起起步步滑滑磨磨,单单位位摩摩擦擦面面积积滑滑磨磨功功应应小小于于其其许许用用值值,即即W为为汽汽车车起起步步时时离离合合器器接接合合一一次次所所产产生生的的总总滑滑磨磨功功(W),可可根根据下式计算据下式计算第三十页,本课件共有72页二、膜片弹
19、簧主要参数的选择二、膜片弹簧主要参数的选择v膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H;(P63)v膜片弹簧钢板厚度膜片弹簧钢板厚度 h;v自由状态下碟簧部分大端半径自由状态下碟簧部分大端半径 R;v自由状态下碟簧部分小端半径自由状态下碟簧部分小端半径 r;v自由状态时碟簧部分的圆锥底角自由状态时碟簧部分的圆锥底角;v分离指数目分离指数目 n 等等。a)自由状态自由状态 b)压紧状态压紧状态 c)分离状态分离状态第三十一页,本课件共有72页二、膜片弹簧主要参数的选择二、膜片弹簧主要参数的选择1.1.比值比值H Hh h和和h h的选择的选择Hh时,时,F1
20、=(1)有一极大值和一极小值;有一极大值和一极小值;Hh=2时,时,F1=(1)的极小值落在横坐标上。的极小值落在横坐标上。压紧力平稳和操纵轻便,压紧力平稳和操纵轻便,H/h=1.52.0;h=24mm第三十二页,本课件共有72页2.比值比值Rr和和R、r的选择的选择Rr越小,应力越高,弹簧越硬。一般取越小,应力越高,弹簧越硬。一般取1.201.35推式:推式:RRc;拉式:;拉式:rRc3.圆锥底角圆锥底角取取9154.膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧工作点位置的选择拐点拐点H对应着膜片弹簧的压平位置,而对应着膜片弹簧的压平位置,而且且1H=(1M+1N)2。离合器在接合状态时,一般离合器在
21、接合状态时,一般1B=(0.81.0)1H。当分离时,工作点从。当分离时,工作点从B变到变到C,为最大限度地减小踏板力,为最大限度地减小踏板力,C点点应尽量靠近应尽量靠近N点。点。膜片弹簧的弹性特性曲线膜片弹簧的弹性特性曲线第三十三页,本课件共有72页三、膜片弹簧的优化设计三、膜片弹簧的优化设计1.目标函数目标函数目标函数主要有以下几种:目标函数主要有以下几种:1)弹簧工作时的最大应力为最小。弹簧工作时的最大应力为最小。2)从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。从动盘摩擦片磨损前后弹簧压紧力之差的绝对值为最小。3)在分离行程中,驾驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力在分离行程中,驾
22、驶员作用在分离轴承装置上的分离操纵力平均值为最小。平均值为最小。4)在摩擦片磨损极限范围内,弹簧压紧力变化的绝对值的平均值在摩擦片磨损极限范围内,弹簧压紧力变化的绝对值的平均值为最小。为最小。5)选选3)和和4)两个目标函数为双目标。两个目标函数为双目标。选取选取5)作为目标函数,构成总目标函数。作为目标函数,构成总目标函数。式中,式中,1和和2分别为两个目标函数分别为两个目标函数(x1)和和(x2)的加权因子。的加权因子。第三十四页,本课件共有72页2.设计变量设计变量 应应选选取取H、h、R、r、R1、r1六六个个尺尺寸寸参参数数以以及及在在接接合合工工作作点点相相应应于于弹簧工作压紧力弹
23、簧工作压紧力F1B的大端变形量的大端变形量1B为优化设计变量:为优化设计变量:X=x 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 T=H h R r R1 r1 1B T第三十五页,本课件共有72页3.约束条件约束条件1)应应保保证证所所设设计计的的弹弹簧簧工工作作压压紧紧力力F1B与与要要求求压压紧紧力力FY相相等等,F1B=FY2)为为保保证证A点点在在凸凸点点M左左边边,B点点在在拐拐点点H附附近近,C点点在在凹凹点点N附附近,应正确选择近,应正确选择1B相对于拐点相对于拐点1H的位置的位置3)摩摩擦擦片片磨磨损损后后弹弹簧簧工工作作压压紧紧力力F1A应应不不小小于于新新摩摩擦擦
24、片片时时的的压紧力压紧力F1B,F1AF1B4)为了满足离合器使用性能的要求,为了满足离合器使用性能的要求,1.6Hh2.29H(R-r)155)弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围,弹簧各部分有关尺寸比值应符合一定的范围,1.20Rr1.35702RA1003.5Rr05.0第三十六页,本课件共有72页6)推式膜片弹簧的压盘加载点半径推式膜片弹簧的压盘加载点半径R1(或拉式膜片弹簧的压盘加载或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径点半径r1)应位于摩擦片的平均半径与外半径之间:应位于摩擦片的平均半径与外半径之间:推式:推式:(D+d)4R1D2 拉式:拉式:(D+d)4r1D27)根据弹簧结构布置的
25、要求,根据弹簧结构布置的要求,R1与与R、r1与与r、rf与与r0之差应在一之差应在一定范围,即定范围,即1R1-R7 0r1-r6 0rf-r048)膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取:膜片弹簧的杠杆比应在一定范围内选取:推式:推式:2.3(r1-rf)(R1-r1)4.5 拉式:拉式:3.5(R1-rf)(R1-r1)9.09)弹弹簧簧在在工工作作过过程程中中B点点的的最最大大压压应应力力rBmax应应不不超超过过其其许许用用值,即值,即rBmaxrB10)弹弹簧簧在在工工作作过过程程中中A点点(或或A点点)的的最最大大拉拉应应力力tAmax(或或tAmax)应应不超过其相应许用值:不超过
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