牙嵌式离合器 设计计算

牙嵌式离合器制造工艺过程03023012013300749刘德柱一、知识链接牙嵌式离合器由两个端面上有牙的半离合器组成，半离合器1固定在主动轴上，半离合器2用导向平键（或花键）与从动轴联接，并通过操纵机构轴向移动滑块使其做轴向移动，从而起到离合作用。

为了对中，在主动轴的半离合器上固定有对中环，从动轴可在对中环中自由转动。

离合器的操纵可以通过手动杠杆、液压、气动或电磁的吸力等方式进行。

牙数一般取3~60。

利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离合、牙有矩形、梯形、三角形、锯齿形和螺旋形等几种形式。

由于同时参与嵌合的牙数多，故承载较高，适用范围广泛.外形尺寸小，传递转矩大，接合后主从动轴无相对滑动，传动比不变。

但接合时有冲击，适合于静止接合，或转速差较小时接合(对矩形牙转速差≤10r/min，对其余牙形≤300r/min)，主要用于低速机械的传动轴系.有有三角形、梯形、锯齿形。

三角形牙传递中、小转矩、牙数15-60。

梯形、锯齿形牙可以传递较大的转矩，牙数3-15.梯形牙可以补偿磨损后的牙侧间隙，锯齿形牙只能单向工作，反转时由于有较大的轴向分力，会迫使离合器自行分散，以使载荷均匀分布。

牙嵌离合器结构简单，外轮廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较多，但牙嵌离合器只宜在两轴不回转和转速差很小时进行结合，否则牙齿可能会因受撞击而折断。

二、牙嵌离合器材料以及齿形选择牙嵌离合器的常用材料为低碳合金钢（如20Cr、20MnB)，经机械加工后再做渗碳淬火处理后使牙面硬度达到HRC56-62.有时也采用中低合金钢（40Cr、45MnB), 经机械加工后再进行表面淬火等处理后硬度达到HRC48-52.齿形采用矩形离合器。

矩形齿离合器也称为直齿离合器，根据离合器齿数分为奇数齿和偶数齿两种。

这两种离合器齿的侧面都通过工件中心；为保证两个离合器能够正确啮合，齿形必须准确；由于是成对使用，同轴精度要求也要高；表面粗糙度值要小，kc 值为3.2um 至1.6um 齿部要淬火具有一定的强度和耐磨性。

第四节离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能。

1．设计变量后备系数夕可由式(2-1)和式(2-5)确定，可以看出β取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。

单位压力β。

可由式(2—2)确定，p 0也取决于F和D及d。

因此，离合器基本参数的优化设计变量选为TT FDd x x x X ][][321==2．目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为)](4min[)(22d D x f =ℵ3．约束条件1)摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度VD不超过65—70m／s，即s m D n v e D /70~6510603max δ⋅=ℵ(2-7)式中，VD为摩擦片最大圆周速度(m／s)；n emax 为发动机最高转速(r／min)。

2)摩擦片的内外径比c应在0．53～0．70范围内，即0．53≤c≤0．703)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的β值应在一定范围内，最大范围β为1．2～4．0，即1．2≤β≤4．04)为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2Ro约50mm(图2—15)，即d>2Ro+505)为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即][)(40220C CC T dD Z T T δ =ℵ（2-8）式中，T co为单位摩擦面积传递的转矩(N·m／mm2)；[T C0]为其允许值(N·m／mm2)，按表2—1选取。

表2—1单位摩擦面积传递转矩的许用值(N·m／mm2)离合器规格D／mm <210>210--250>250—325>325[Tco]X10—90．280．300．350．406)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力p。

第3章离合器的设计计算及说明3.1 离合器设计所需数据表3.1离合器原始数据汽车的驱动形式6×6 汽车最大加载质量20550 kg 汽车的质量11450 kg 发动机位置前置发动机最大功率280KW 发动机最大转速1400r/min发动机最大扭矩≥109kgf.m 离合器形式单片干式GF420气助力操纵形式液压人力操纵摩擦片最大外径f=420mm踏板行程150~80mmi g1=13.04 i g2=8.48 i g3=6.04 i g4=4.39 i g5=3.43 i g6=2.47 i g7=1.76i g8=1.28 i g9=1.00 i gR=11.77（R）汽车最大时速85km/h3.2 离合器主要参数的选择后备系数β后备系数β是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。

在选择β时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。

乘用车β选择：1.20～1.75 ，本次设计取β= 1.2。

（1）后备系数β是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择β时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够防止传动系过载。

通常轿车和轻型货车β=1.2～1.75。

结合设计实际情况，故选择β=1.5。

则有β可有表3.2查得β＝2.0。

表3.2离合器后备系数的取值范围车型后备系数β 乘用车及最大总质量小于6t 的商用车1.20～1.75最大总质量为6～14t 的商用车1.50～2.25 挂车1.80～4.00摩擦片的外径可有式:maxe DT KD= （3.3） 求得DK为直径系数，取值见表3.3 取16=DK 得D=221.11mm 。

表3.3 直径系数的取值范围车型 直径系数D K乘用车14.6最大总质量为1.8～14.0t 的商用车16.0～18.5(单片离合器) 13.5～15.0(双片离合器)最大总质量大于14.0t 的商用车22.5～24.0摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):表3.4 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径D\mm160180 200 225 250 280 300 325 内径d\mm110125 140 150 155 165 175 190 厚度/mm3.23.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3'1C- 0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.585Dd C ='0.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800单面面积cm 2106132160221302402466546摩擦片的摩擦因数f 取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。

（完整版）离合器计算与设计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。

第四节 离合器的设计与计算一、离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能。

1．设计变量后备系数夕可由式(2-1)和式(2-5)确定，可以看出β取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。

单位压力β。

可由式(2—2)确定，p 0也取决于F和D及d。

因此，离合器基本参数的优化设计变量选为TT FDd x x x X ][][321==2．目标函数 离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为)](4min[)(22d D x f −=π3．约束条件 1)摩擦片的外径D(mm)的选取应使最大圆周速度VD不超过65—70m／s，即sm D n v e D /70~6510603max ≤×=−π(2-7)式中，VD为摩擦片最大圆周速度(m／s)；n emax 为发动机最高转速(r／min)。

2)摩擦片的内外径比c应在0．53～0．70范围内，即0．53≤c≤0．703)为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的β值应在一定范围 内，最大范围β为1．2～4．0，即1．2≤β≤4．04)为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径2Ro约50mm(图2—15)，即d>2Ro+505)为反映离合器传递转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即][)(40220C C C T d D Z T T ≤−=π （2-8）式中，T co为单位摩擦面积传递的转矩(N·m／mm2)； [T C0]为其允许值(N·m／mm2)，按表2—1选取。

表2—1 单位摩擦面积传递转矩的许用值 (N·m／mm2) 离合器规格D／mm <210>210--250 >250—325 >325 [Tco] X10—90．28 0．30 0．35 0．406)为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力p。