淺談離合器的設(shè)計(jì)

樊笑宇

(黑龍江省交通科學(xué)研究所)

1 壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及其布置

1.1 采用膜片彈簧

膜片彈簧具有非線形特性，當(dāng)磨損后彈簧壓力保持不變，且可以減輕分離離合器的踏板力，使操縱輕便。膜片彈簧本身兼壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目少，質(zhì)量減輕，并顯著的簡(jiǎn)短了軸向尺寸。由于膜片彈簧與壓盤以整個(gè)圓周相接觸，使壓力分布均勻，膜片彈簧的接觸良好，磨損均勻，易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱。

1.2 采用拉式結(jié)構(gòu)

拉式膜片彈簧有以下優(yōu)點(diǎn):取消了中間的支承零件，使結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更小;以中部與壓盤相壓，在同樣壓盤尺寸的條件下可采用直徑較大的膜片彈簧，提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，且并不增加踏板力;在接合或分離的狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，分離效率更高;無論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài)，拉式機(jī)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損后不會(huì)形成間隙而增大踏板自由行程，不會(huì)產(chǎn)生沖擊和噪聲。

1.3 采用彈性傳動(dòng)片式

彈性的傳動(dòng)片式其結(jié)構(gòu)可避免其他形式中連接的間隙，從而避免了沖擊和噪聲。在離合器分離時(shí)，也不會(huì)由于零件的摩擦而降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了對(duì)裝配精度的要求，還有利于壓盤的定中。

2 離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 主要參數(shù)的選擇

(1)靜摩擦力矩TC

式中:β為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦轉(zhuǎn)矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比值必須大于1。它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠度。在選擇β時(shí)，應(yīng)考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、防止離合器滑磨時(shí)間過長(zhǎng)、防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等因素。對(duì)于乘用車可選β=1.20～1.75，取Temax1.5。為發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩，這里取Temax=236(N·m)，則TC=1.5×236=354(N·m)。

2.2 單位壓力P0

單位壓力決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器的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)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素，此處取P0=0.4(MPa)。

2.3 摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度b的確定

設(shè)計(jì)中所使用的技術(shù)參數(shù)如下。

(1)整車質(zhì)量1870(kg);

(2)汽車的最大速度195(km/h);

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率103(kW)及最大功率對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為5000(r/min);

(4)發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩236(N·m)及最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為3125(r/min)。

表1 直徑系數(shù)KD的取值范圍

表2 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)

3 膜片彈簧的選擇

(1)H/h和h的選擇。

比值H/h對(duì)膜片彈簧的特性影響極大，為保證離合器壓緊力變化不大而操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h的值一般為1.5～2.0，取H/h=1.8，板厚一般為2～4mm，取h=3mm。則:H=3×1.8=5.4mm。

(2)R/r比值和R、r的選擇。

R/r的值越大，彈簧材料利用率越低，彈簧越硬，彈性特性曲線受直徑誤差的影響越大，而且應(yīng)力越大。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求，R/r的值一般為1.2～1.35，取R/r=1.3。

(3)α的選擇。

膜片彈簧的自由狀態(tài)下圓錐底角α與內(nèi)截錐高度H有關(guān)。

(4)膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇。

該曲線的拐點(diǎn)H對(duì)應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，，膜片彈簧工作點(diǎn)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，取λ1B=λ1H=4.58，以保證摩擦片在最大磨損限度△λ范圍內(nèi)的壓緊力從F1B到F1A變化不大。

(5)切槽寬度δ1、δ2的半徑及re的確定。

δ1的范圍為3.2～3.5mm，取δ1=3.3mm;

δ2的范圍為9～10mm，取δ2=10mm;

因?yàn)閞-re≥δ2，所以re≤r-δ2=95-10=85mm，取re=85mm。

(6)壓盤加載點(diǎn)半徑R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r1的確定。

R1和r1的取值將影響膜片彈簧的剛度，r1應(yīng)略大于r且盡量接近r，R1應(yīng)略小于R且盡量接近R0。所以，R1=120mm、r1=96mm。