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汽车离合器基本参数的优化分析机电学院机械设计制造及其自动化专业摘要离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连的部件，它是依靠主从动片之间的摩擦力矩来传递动力的，并通过分离、接合来控制车辆动力传动系的工作状态。
其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还可以相对转动。
离合器分离、接合过程的质量影响车辆换挡品质、车辆换挡冲击。
离合器的性能对汽车平稳起步、换挡时工作平顺和传动系过载有着重要影响。
汽车离合器的基本参数主要有离合器的后备系数、摩擦面单位面积上的压力p0、摩擦片外径D和内径d 等，这些参数的变化直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。
本文采用优化设计方法来确定最佳的离合器基本参数，实例计算表明了该方法的实用性。
关键词：离合器；基本参数；优化设计AbstractClutch auto transmission system is connected directly with engine parts，it relies on master-slave move between the friction torque tablet to transfer power，and through the separation, joints to control vehicle power transmission system working condition. The performance of clutch has an important influence on auto start，the smooth of shift and the overload of transmission system。
The basic parameters of clutch are the backup coefficient , the pressure per unit area of friction plane p0, the outer diameter of friction plate D, the inner diameter of friction plate d, etc. These parameters affect the structure dimension and performance of clutch directly. This paper determines the optimal basic parameters of clutch with optimum method. The practicability of optimum method is testified by the example.Keywords: clutch; basic parameters ; optimum design目录摘要I第一章绪论 11.1 研究背景 11.2 研究意义 21.3 国内外现状 31.3.1 离合器的总类与发展 31.3.2 离合器的研究现状 41.3.3 主要研究内容 5第二章离合器的介绍 62.1 离合器结构组成与工作过程 6 2.2 摩擦离合器的介绍82.2.1 摩擦离合器的分类82.2.2 摩擦离合器的结构形式82.2.3 摩擦离合器的摩擦面材料9 2.2.4 摩擦离合器压盘的传力方式9 2.2.5 离合器的操作机构10第三章离合器基本参数的分析13 3.1 离合器主体部分基本参数133.1.1 后备系数143.1.2 单位面积压力143.1.3 摩擦片外径、内径和厚度15 3.2 离合器扭转减震器基本参数16 3.2.1 扭转减震器刚度163.2.2 扭转减振器最大摩擦力矩16 3.3.3 扭转减振器的预紧力矩163.3 离合器操纵机构的基本参数17 3.3.1 踏板力173.3.2 踏板行程18第四章优化分析194.1 优化设计概论194.1.1 基本概念194.1.2 优化过程194.1.3 优化设计建模204.2 离合器基本参数优化建模 214.2.1 基于离合器尺寸形状的优化214.2.2 基于离合器扭转振动特性的优化244.2.3 基于离合器操作舒适性的优化27第五章总结与展望305.1 总结305.2 展望30参考文献34致谢35第一章绪论1.1 研究背景1953年我国成立了第一汽车制造厂，最初汽车作为一种交通工具产生。
离合器设计与计算本次设计主要是对离合盖器总成中的膜片弹簧、压盘，从动盘总成中的从动片等主要零部件进行详细的计算与设计，其他零部件采用进行简略设计。
设计时已知参数如下：（1）发动机起步转矩；（2）整车质量；（3）车轮滚动半径；（4）发动机起步转速；（5）变速器起步档变速比；（6）主传动比。
3.1离合器设计基本结构尺寸及参数在初步确定离合器结构形式后，要通过离合器的基本结构尺寸和参数具体确定离合器。
离合器设计时所需的基本结构尺寸、参数主要有：（1）摩擦片外径D；（2）单位压力p；（3）后备系数β；在选定以上参数时，以下车辆参数对其有重大影响：（1）发动机最大转矩；（2）整车总质量；（3）传动系总传动比（变速器传动比主减速器传动比）；（4）、车轮滚动半径；3.2 离合器基本参数选取和主要尺寸设计计算3.2.1 离合器转矩容量的确定离合器的基本结构是摩擦传动机构，离合器依靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递转矩。
所以可根据摩擦定律表示出离合器转矩容量公式：(3.1) 式中：为离合器转矩容量；f为摩擦面间的静摩擦因数，一般取0.25—0.30；F为作用在摩擦面上的总压紧力，单位N；为摩擦片的平均摩擦半径，单位m；Z为摩擦面数，单片为2，双片为3。
摩擦片上工作压力F一般在设计离合器时假设摩擦片上压力均匀分布：(3.2)式中：为摩擦面上均匀压力，单位N；A为摩擦面积，单位；D为摩擦片外径，单位m；d为摩擦片内径，单位m。
式(3.1)中有效作用半径公式如下：(3.3) 式中：D为摩擦片外径，单位m；d为摩擦片内径，单位m。
将式(3.2)与式(3.3)代人式(3.1)得：(3.4)式中：为摩擦片内、外径之比，一般在0.53～0.70之间。
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，设计时应应大于发动机最大转矩，确定离合器转矩容量时应含有设计因子，即：(3.5) 式中：为发动机最大转矩，单位；为设计因子，称为后备系数，必须大于1。
2 离合器基本参数分析摩擦离合器靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩。
根据摩擦定律，离合器的静摩擦力矩可表示为：T =fFZR (1)式中，T 为静摩擦力矩(N·m)；f为摩擦表面间的静摩擦系数；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力(N)；R 为摩擦片的平均摩擦半径(m)；Z为摩擦面数。
假设摩擦片上压力均匀，则有：Rc一一丽D2+Dd+d2F—p。
A—p。
~—r(D 2-dz)汽车离合器基本参数的优化设计式中，P。
为摩擦面单位面积上的压力(N／m。
)；A为一个摩擦面的面积(m )；D 为摩擦片外径(m)；d为摩擦片内径(m)。
将式(2)、式(3)代入式(1)得：T = fZp。
D。
(1一c。
) (4)上厶式中，c为摩擦片内外径之比，c=d／D。
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Tc应大于发动机最大转矩，即：T 一一 (5)式中，T一为发动机最大转矩(N·m)；p为离合器的后备系数，p>1。
由以上分析可知，离合器的基本参数主要有性能参数p和P。
、尺寸参数d和D。
后备系数p反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度，是重要的离合器设计参数，各类汽车p的取值范围见表1。
单位面积压力P。
对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、摩擦片材料、质量和后备系数等因素。
根据摩擦片材料，P。
按表2选取。
表1 各类汽车B的取值范围轿车和轻型货车 p一1．2～1．75中型和重型货车 p一1．5～2．25越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 p一1．8～4．0表2 po的取值范围石棉基材料 po一0．10～0．35MPa烧结金属材料 P0-0．35～0．60MPa金属陶瓷材料 po一0．70～1．50MPa当离合器结构型式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩T一已知，结合式(1)和式(5)，适当选取后备系数p和单位压力P。
注意：按照课程设计的要求完成，一般对以下部分详细计算：1)离合器基本结构尺寸、参数的选择2)膜片弹簧的参数计算和选择3)从动盘（摩擦片的计算选择）4)操纵机构计算绘图时必须按照设计计算参数绘制，未详细计算部分参考选择，但是必须保证结构正确，无工作干涉，方便加工！膜片弹簧离合器设计计算（某中型轿车举例）2摩擦离合器基本结构尺寸、参数的选择已知条件：某中型轿车发动机数据:缸数：4缸排量：1.7升点火系统：1-3-4-2最大功率96/5000KW/rpm最大扭矩220/3500N·m/rpm2.1离合器基本性能关系式为了能可靠地传递发动机最大转矩max c T ，离合器的静摩擦力矩c T 应大于发动机最大转矩，而离合器传递的摩擦力矩c T 又决定于其摩擦面数Z 、摩擦系数f 、作用在摩擦面上的总压紧力P Σ与摩擦片平均摩擦半径R m ，即m N R ZfP e r e c ⋅=T =T max β【1】（2-1）式中：β—离合器的后备系数。
f —摩擦系数，计算时一般取0.25～0.30。
Z —摩擦面数2.2摩擦片外径D 与内径d 的选择当按发动机最大转矩max e T （N ·m ）来确定D 时，有下列公式可作参考：AT D e /100max =【1】（2-2）式中A 反映了不同结构和使用条件对D 的影响，在确定外径D 时，有下列经验公式可供初选时使用：maxe D T K D ⨯=【1】（2-3）轿车：K D =14.5轻、中型货车：单片K D =16.0～18.5双片K D =13.5～15.0重型货车：K D =22.5～24.0本次设计所设计的是中型轿车（T emax /n T 为220Nm/3500rpm 、P emax /n P 为96kw/5000rpm ）的膜片弹簧离合器。
所设计的离合器摩擦片为单片，选择K D =14.5。
所以D=mm 2152205.14=⨯按max e T 初选D 以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，表2-1为我国摩擦片尺寸标准。
一．判断题（每2分，共计30）（对打“√”，错打“⨯”）1、汽车行驶时地面对车轮产生的切向反作用力就是推动汽车行驶的驱动力。
（√）2、液压操纵式离合器踏板自由行程调整的方法是拧动分离拉杆上的球形调整螺母，改变分离拉杆长度来实现。
（⨯）3、在离合器的全部工作过程中，都不允许从动盘有打滑现象。
（⨯）4、双片离合器有两个压盘、两个从动盘和两个摩擦面。
（⨯）5、同步器使相啮合的一对齿轮先啮合，而后同步。
（⨯）6、传动比i＞1时，降速传动。
（√）7、变速操纵机构中设有互锁装置是防止变速器自行换档和自动脱档的。
（⨯）8、目前，分动器的变速机构有固定轴式普通齿轮变速机构和行星齿轮变速机构两种类型，均被广泛用于四轮驱动车辆上。
（）9、离合器踏板自由行程过大会造成分离不彻底的故障。
（√）10、变速器的工作原理是通过适当的齿轮副升高转速换得扭矩的增加，以适应行驶阻力增大的需要。
（⨯）11、离合器压盘平面磨损或沟槽深度超过1mm时应光磨，光磨后压盘总厚度不应超过规定标准。
（⨯）12、为增大所能传递的最大转矩，离合器从动部分的转动惯量应尽可能大。
（）13、新换的摩擦片过厚，会造成离合器分离不彻底。
（√）14、新换的摩擦片过厚是离合器分离不彻底的原因之一。
（√）15、在机械传动系中，采用8个以上档位的变速器，离合器不打滑，传动效率可以达到100%。
（⨯）二．填空题（每空1分，共计40分）1、汽车主要由发动机、底盘、电气设备和车身四大总成组成。
2、摩擦式离合器在结合状态下所能传递的最大转矩，取决于以下因素：摩擦面数、摩擦系数、压紧力和摩擦半径等。
3、汽车在平路上行驶其行驶阻力有滚动阻力、空气阻力、坡度和加速阻力。
4、当代汽车离合器在实际应用中，一般将离合器的主动部分与压紧机构装配在一起而成为压盘组合件，称之谓压盘总成。
5、按传动元件的特征不同，汽车传动系可分为机械式传动系、液力式传动系和电力式传动系等三类。
6、根据分离时分离指受力方向的不同，膜片弹簧离合器可分为推式膜片弹簧离合器和拉式膜片弹簧离合器两种。
摩擦式离合器压紧力摩擦力和扭矩的力学关系概述及解释说明1. 引言1.1 概述摩擦式离合器是一种常见的机械装置，广泛应用于各种机械设备和车辆中。
它通过利用摩擦力来传递扭矩，实现输出轴与输入轴之间的连接或断开。
摩擦式离合器的性能受到压紧力以及所产生的摩擦力大小的影响。
本文将探讨摩擦式离合器中压紧力、摩擦力和扭矩之间的力学关系，并对其进行解释。
1.2 文章结构本文分为五个部分进行介绍和探讨。
首先是引言部分，对文章的主题进行了总体的概述和说明；接下来是对摩擦式离合器的介绍，包括其结构和工作原理；然后是对压紧力这一重要参数的详细解析；接着是对摩擦力与扭矩之间关系的论述；最后在结论部分总结了全文。
1.3 目的本文旨在深入了解并解释摩擦式离合器中压紧力、摩擦力和扭矩之间的关系。
通过对这些力学关系的研究，我们可以更好地理解摩擦式离合器的性能以及其在机械传动系统中的应用。
同时，本文也旨在为读者提供有关摩擦式离合器的基础知识和理论背景，以促进相关领域的深入学习和进一步研究。
2. 摩擦式离合器摩擦式离合器是一种常见的机械装置，用于连接和断开传动轴上的两个旋转部件。
它主要由两个主要部分组成：驱动部分和从动部分。
2.1 驱动部分驱动部分通常由发动机提供动力，通过输入轴将转动力矩传递给离合器。
在摩擦式离合器中，驱动部分包括压盘、发卡片和导向轴等组件。
- 压盘：压盘是安装在发卡片上的圆形或菱形金属板。
当发卡片施加压力时，压盘会受力并产生摩擦。
- 发卡片：发卡片是连接到引擎的旋转圆盘，通过液压、气压或弹簧等方式使其与压盘接触。
- 导向轴：导向轴用于支撑和固定整个驱动部分的组件。
2.2 从动部分从动部分通常由输出轴、摩擦片和承载座等组件组成。
- 输出轴：输出轴位于传输系统的末端，用于根据需要将转速和扭矩传递给其他机械装置。
- 摩擦片：摩擦片是安装在输出轴上的摩擦材料，通常为高温高压摩擦材料。
当压盘施加力时，摩擦片与压盘接触并产生摩擦力。
汽车电磁离合器传递转矩特性分析作者：郑温芳杜迎慧来源：《科教导刊·电子版》2014年第21期摘要离合器转矩传递特性是提高起步和换挡品质的基本依据之一。
汽车的平稳起步和平顺换挡与离合器传递转矩特性密切相关。
故本文特别研究离合器转矩传递特性。
关键词电磁离合器转矩电磁力中图分类号：U463.2 文献标识码：A1汽车电磁离合器的结构及其工作原理摩擦片式电磁离合器具有单片和多片等形式，单片摩擦式电磁离合器具有结构简单，传动转矩大，响应快，无空转矩，散热良好等优点；摩擦片常在干式状态下使用，磨损快，需及时更换摩擦衬。
多片摩擦式电磁离合器由于摩擦片的厚度较薄，传动相同转矩时，虽轴向尺寸增加但径向尺寸明显减少，因而结构紧凑。
以本文要研究的线圈静止（无滑环）多片摩擦式电磁离合器为例介绍电磁离合器的结构及其工作原理。
图1：线圈静止多片摩擦式电磁离合器上图为线圈静止（无滑环）多片摩擦式电磁离合器。
磁轭1安置在滚动轴承上固定不动，内、外导磁体2、4与轴套9组成转动部分。
线圈通电时产生磁力吸引衔铁8压紧内、外摩擦片5、6。
内摩擦片5与轴套9、外摩擦片6与外连接件7均滑动连接，实现主、从部件的接合。
隔磁环3的作用是为了避免磁短路。
这种具有恒定工作气隙的结构，可以缩短离合器脱开的时间，但整个磁阻较大，在传递相同转矩条件下，所需的磁力比滑环式大，因此结构尺寸较大，成本较高，但因取消了刷和滑环，使得其转动惯量小，适用于高速转动的轴系，安装维修方便，可靠性高，使用寿命长。
此外，由于线圈与摩擦片相距较远，不直接接触，因而散热条件好，温升较低。
2电磁离合器的电磁力、传递转矩转矩计算一般电磁离合器的传递转矩T由主、从动片间的摩擦力大小决定，而摩擦力除了与摩擦面积、摩擦系数有关外，主要取决于主、从动片间的压紧力F。
3电磁离合器转矩特性3.1静摩擦转矩特性静摩擦转矩是指线圈通电励磁后在离合器完全接合状态下，从主动侧传给被动侧的最大转矩，故静摩擦转矩也称最大转矩。
第二章离合器一、填空题1.摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面间的。
2.在设计离合器时，除需保证传递发动机最大转矩外，还应满足、、及等性能要求。
3.摩擦离合器基本上是由、、和等四部分构成的。
4.摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于、、及等四个因素。
5.弹簧压紧的摩擦离合器按压紧弹簧的形式不同可分为和；其中前者又根据弹簧的布置形式的不同分为和；根据从动盘数目的不同，离合器又分为和。
6.为避免传动系产生共振，缓和冲击，在离合器上装有。
二、判断改错1.离合器的主、从动部分常处于分离状态。
( )改正：2.为使离合器接合柔和，驾驶员应逐渐放松离合器踏板。
( )改正：3.离合器踏板的自由行程过大会造成离合器的传力性能下降。
( )改正：4.离合器从动部分的转动惯量应尽可能大。
（）改正：5.双片离合器中间压盘的前后，都需设有限位装置。
( )改正：6.离合器的摩擦衬片上粘有油污后，可得到润滑。
（）改正：三、选择题(有一项或多项正确)1.离合器的主动部分包括( )。
A．飞轮 B．离合器盖 C．压盘 D．摩擦片2.离合器的从动部分包括( )。
A．离合器盖 B．压盘 C．从动盘 D．压紧弹簧3.当膜片式离合器摩擦片磨损后，离合器踏板的自由行程如何变化：（）A．变大 B．不变化 C．变小4.离合器分离轴承与分离杠杆之间的间隙是为了( )。
A．实现离合器踏板的自由行程 B．减轻从动盘磨损C．防止热膨胀失效 D．保证摩擦片正常磨损后离合器不失效5.膜片弹簧离合器的膜片弹簧起到( )的作用。
A．压紧弹簧 B．分离杠杆 C．从动盘 D．主动盘6.离合器的从动盘主要由( )构成。
A．从动盘本体 B．从动盘毂 C．压盘 D．摩擦片。
