离合器参数设计

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。

目录一离合器结构设计 (2)离合器结构选择与论证离合器结构设计要点离合器主要零件的设计二离合器的设计计算及说明 (7)离合器设计所需数据摩擦片主要参数选择摩擦片基本参数设计优化膜片弹簧主要参数的选择膜片弹簧的优化设计膜片弹簧的载荷与变形关系膜片弹簧的应力计算扭转减震器设计减震弹簧的设计踏板行程及踏板力计算从动轴的计算从动盘毂分离轴承的寿命计算三心得体会 (25)四参考文献 (26)一离合器的结构设计为了达到计划书所给的数据要求，设计时应根据车型的类别、使用要求、制造条件，以及“系列化、通用化、标准化”的要求等，合理选择离合器结构。

离合器结构选择与论证摩擦片的选择单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器。

摩擦片数为2。

压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。

其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。

膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点[9]：（1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。

当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；（4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）平衡性好；（7）有利于大批量生产，降低制造成本。

但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。

技术参数:车型：沃尔沃整车质量（kg）：1637最大扭矩/转速（N•m/rpm）：400/4000主减速比：3.38一档速比：3.77滚动半径：306mm4、离合器主要参数的选择4.1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。

4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙△t摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。

摩擦因数f的取值范围见下表。

表4-1 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压0.20～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.25～0.35铁基0.35～0.50金属陶瓷材料0.70～1.50本次设计取f = 0.30 。

摩擦面数Z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其结构尺寸。

本次设计取单片离合器Z = 2 。

离合器间隙△t是指离合器处于正常结合状态、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结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。

该间隙△t一般为3～4mm 。

本次设计取△t =3 mm 。

4.3单位压力p单位压力p 决定了摩擦表面的耐磨性，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、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。

p 取值范围见表4-2。

表4-2 摩擦片单位压力p 的取值范围摩擦片材料单位压力p /Mpa石棉基材料模压0.15～0.25编织0.25～0.35粉末冶金材料铜基0.35～0.50铁基金属陶瓷材料0.70～1.50p 选择：0.10 MPa ≤ p0 ≤ 1.50 MPa ，本次设计取p = 0.3MPa 。

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。

目录1 离合器主要参数的选择01.1 摩擦片外径D、内径d和厚度b的选择01.2 单位压力p0的选择01.3 摩擦因数f和摩擦面数Z的选择11.4 后备系数β的选择12 离合器基本参数的优化22.1 设计变量22.2 目标函数22.3 约束条件22.3.1 摩擦片最大圆周速度v D22.3.2 摩擦片的内、外径比c22.3.3 后备系数β22.3.4 摩擦片内径d22.3.5 单位压力p033 膜片弹簧的设计与计算43.1 膜片弹簧基本参数的选择43.1.1 比值H／h和h的选择43.1.2 R／r比值和R、r的选择43.1.3 α的选择43.1.4 膜片弹簧工作点位置的选择43.1.5 分离指数目n的选取43.1.6 膜片弹簧小端内半径r0与分离轴承作用半径r f的确定43.1.7 切槽宽度δ1、δ2与半径r e的确定53.1.8 压盘加载点半径R1和支撑环加载点半径r1的确定53.2 膜片弹簧的弹性特性53.3 膜片弹簧的强度计算64 扭转减震器的设计74.1 扭转减震器基本参数的选择74.1.1 极限转矩T j74.1.2 扭转角刚度kφ74.1.3 阻尼摩擦转矩Tμ74.1.4 预紧转矩T n74.1.5 减振弹簧的位置半径R074.1.6 减振弹簧个数Z j74.1.7 减振弹簧总压力F∑74.2 减震弹簧的计算84.2.1 减振弹簧的分布半径R184.2.2 单个减振器的工作压力P84.2.3 减振弹簧尺寸84.2.4 从动片相对从动盘股的最大转角α94.2.5 限位销与从动盘股缺口侧边的间隙λ194.2.6 限位销直径d＇95 从动盘总成的设计105.1 从动盘毂105.2 摩擦片105.3 从动片115.4 波形片和减震弹簧116 离合器盖总成126.1 离合器盖126.2 压盘126.2.1 压盘传动方式的选择126.2.2 压盘几何尺寸的确定126.3 传动片136.4 分离轴承136.5 支撑环13参考文献131 离合器主要参数的选择1.1 摩擦片外径D 、内径d 和厚度b 的选择摩擦片外径是离合器的重要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。

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。

第一章绪论现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。

我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。

随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。

目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。

离合器的发展概况在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果形式是锥形摩擦离合器。

锥形摩擦离合器传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。

但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。

而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住。

次后，在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。

但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。

所以它又被干式所取代。

多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多，故接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。

但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。

另外，中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。

如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。

多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。

它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。

而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。

因此，它得到了极为广泛的应用。

为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。

采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。

与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。

因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。

但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。

例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。

因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。