湿式离合器设计计算

3.2多片湿式离合器的设计

3.2.1摩擦副元件材料与形式

离合器的结构中，摩擦片对离合器工作性能影响很大，而摩擦片材料的选择就尤为重要。下面进行摩擦副元件的选择：

离合器摩擦副元件由摩擦元件及对偶元件两部分组成。其特点是：可在主、从动轴转速差较大的状态下接合，而且接合时平稳、柔顺。离合器摩擦副（又称摩擦对偶）可分为两大类：第一类是金属性的，它的摩擦衬面具有金属性质，如钢对钢，钢对粉末冶金等；第二类是非金属性的，它的摩擦衬面摩擦材料具有非金属性质，如石墨树脂等，它们的对偶可用钢和铸铁。对于坦克离合器摩擦副，由于其工况和传递动力的要求，选择金属型摩擦材料。目前广泛应用的是铜基粉末冶金，它的主要优点是：

1、 有较高的摩擦系数，单位面积工作能力为0.22千瓦/FpFAA厘米2；

2、 在较大温度变化围，摩擦系数变化不大；

3、 允许表面温度高，可达350C，非金属在250C以下。故高温耐磨性好，使用寿命长；

4、 机械强度高，有较高的比压力；

5、 导热性好，加上表面开槽可获得良好冷却，允许较长时间打滑而不致烧蚀。

此次设计选择摩擦副材料为钢对铜基粉末冶金，根据坦克设计180页表6—1可得：可取摩擦副的摩擦系数μ=0.08，许用压强p=4MPa。

3.2.2摩擦转矩计算

多片摩擦离合器的摩擦转矩fcT与摩擦副数、摩擦系数、压紧力和作用半径有关。其关系式为：

efczTFr 式中fcT—摩擦转矩()NM；

—摩擦系数，从动力换档传递扭矩出发，取动摩擦系数；

F —摩擦片压紧力()N；

er—换算半径，将摩擦力都换算为都作用在这半径上；

z—摩擦副数。

下面求换算半径er：（如下图示）

一对摩擦副上一个单元圆环的摩擦转矩为：

fcdTpdA

式中 p—单位压力或比压；

—圆环半径；

dA—单位圆环面积。

而 2dAd

带入前式可得

22fcdTpd

摩擦副全部面积的摩擦转矩为

dpuTRrfc22

式中r、R—分别为摩擦片的外半径。

单位圆环上的压紧力为

2dFpdApd 摩擦片上全部压紧力为

RrdPF2

假定为一个摩擦副，将以上式子带入上式，得到换算作用半径为

2eRfcrRrrTpdFpd

由上式可见换算作用半径，决定与摩擦片外圆半径r、R和压p。

在摩擦副上，比压p的分布规律与摩擦副衬面材料的硬度和施加压紧力的方法有关。大量的实验研究表明，应用最广的粉末冶金衬面对钢的摩擦副的磨损量，在整个摩擦面是均匀的。

所以 pv常数

由于 v，在同一摩擦件上值不变，得

p常数

由以上式子，积分可得

2eRfcrRrrTpdFpd2rR

所以，对金属型摩擦材料的摩擦副，其换算作用半径即为平均半径。

离合器的摩擦转矩应大于所传递的工作转矩，才能可靠工作，即在摩滑过程中能保证一定时间的结合，在结合后工作时不打滑，当作主离合器时还应起负荷保护作用，所以离合器摩擦转矩fcT应为

fccTT

式中cT—离合器主动件的计算转矩；

—离合器的储备系数(1)。

为了使离合器可靠工作，减少摩滑功和离合器温升，储备系数应取较大值。针对此次设计的需要，选取储备系数1.2。 离合器摩擦表面尺寸参数包括摩擦片、外半径r、R；表面接触系数；摩擦副数z等。这些参数对离合器工作特性由不同程度的影响。

1、 摩擦片、外半径选择

设计离合器时，其摩擦表面的最大半径（外半径）为R，

m——外半径比，且mrR，通过统筹

得对于金属型摩擦片，m值为0.68~0.82，其中50%的m值为0.73，故在计算中可取m0.73；

 ——摩擦面接触系数，它的值等于摩擦表面总面积减去油槽面积后的净面积与总面积之比。对于开有油槽的离合器，初步计算时，通常取，0.6。

[]p—材料允许比压，取[]p4MPa；

cT —离合器主动件的计算转矩；;

—离合器的储备系数，取1.2；

z—摩擦副数。

对于摩擦面对数m的选择，由1mz，查机械设计手册可得公式：

8122()[]TcmzDdDpe

其中，z取为奇数，m取为偶数。

式中cT—计算转矩，

D、d—摩擦片、外直径；

De—压力作用直径，2Dree

[]P—材料允许比压；

—摩擦系数，由上述知1.0 下面进行摩擦片相关参数的计算。

3.2.3摩擦片尺寸的计算

此次设计中，摩擦片的、外半径以及摩擦副对数均未知，摩擦副数的选择，应在保证传递所需转矩的前提下尽量少。摩擦副数少，则分离彻底，分离状态下的磨损小，功率损失少。对湿式离合器来说，有利于润滑、冷却。但在定轴变速箱中，为减小变速箱轮廓尺寸，应减小摩擦片的径向尺寸，而增加摩擦副数。由于摩擦片导向齿与主动鼓、被动鼓的连接间存在摩擦力，在摩擦副z较多的情况下，设计应考虑压紧力的损失。则根据经验以及传动转矩的大小，此次设计初步选定摩擦表面最大半径R=130㎜，

则摩擦片外直径D=260㎜。再由式mrR得，0.73mrRR

且摩擦片的外直径 20.73drD

摩擦片的换算作用半径er由式：2erRr

可得出：0.865erR，0.865eDD

又由式

PDdDTzmeC)(8122

带入数据得，m≥11.167。

综上所述，取m=12， R=130；由rmR及0.73m得：

mmmRRr9.94130*73.073.0*

故选取r=94.9，则d=189.8。

摩擦片的换算作用半径由er2rR，得：

re=112.45

则De=2re=224.9mm。

由摩擦面对数m=12得，摩擦片总数Z=12+1=13

故可分外摩擦片71i，摩擦片62i；

综上所述，所设计离合器基本参数为：外径D=260㎜，径d=189.8㎜，摩擦片总数Z=13，换算作用半径re=224.9mm。

3.2.4摩擦片的压紧力

根据上面所得出的基本参数的尺寸，由摩擦片的压紧力的公式：

2TcQyDme

将数据带入得NQy39.3229212*1.0*9.2245354.4357*2

摩擦面的比压公式

22[]QyppRr

将所得数据带入得

222/130)49.913(*39.32292cmNP

查手册表得许用压强2[]400/pNcm，即满足[]pp，符合设计要求。

3.2.5压板行程

多片式离合器分离时，各摩擦表面间隙并不均匀，但可以用平均间隙来衡量。

值按统筹学在初步计算时取0.5mm。

故压板行程mmZf5.613*5.01

3.3液压油缸压力的计算

油缸是实现离合器工作的重要元件，关于油缸的设计和压力计算如下：

油缸的结构一般如下图示

可初步选取R2=132㎜。

由设计任务知离合器操纵系统压力为1.4Mpa，取1.4pMpa计算。

主油压作用在活塞上的压力

PRRF)(2122------------①

式中 P—离合器操纵油压，取1.4pMpa；

而活塞缸压紧力F应满足式：

tfyFFQF-----------②

其中fF—密封圈的摩擦阻力。

tF—复位弹簧力

fF封圈的摩擦阻力，对于o型圈，由式： 0.03fFF-------③

对于转动缸复位弹簧力tF，其计算式为：

ftFFF0------------------------------------④

0F—排油需要的压力。且有式

22021FRRp----------------------------⑤

式中 p—排油需要压力，通常取0.06pMpa。

将式①、②、③、④、⑤联力解得

1R 96㎜

则复位弹簧力tF可由： ftFFF0

得47.2628tF。

且活塞缸压紧力F为：

368.36082F

3.4回位弹簧的设计选择

在离合器中，弹簧对离合器的整体性能有很大影响，当弹簧设计不当时，会使离合器产生阻滞现象和离合器早期打滑失效。根据离合器结构的要求，离合器弹簧可分为拉伸弹簧和压缩弹簧两种，根据此次设计的要求，选择压缩弹簧，且为圆柱螺旋压缩弹簧。选用代号为RY的热卷压缩弹簧，两端并紧并磨平。对于弹簧的材料选择，因需回位力较大，故选用弹簧材料为油淬火回火硅锰弹簧钢丝602SiMnA；在根据弹簧受负荷的性质，，受到变载荷作用，次数在3510~10之间，故为第II类弹簧。查机械设计手册表，得出：该弹簧的许用切应力[]590Mpa。

3.4.1弹簧平均直径D和钢丝直径d的确定

一般圆截面圆柱螺旋弹簧的主要尺寸有：平均直径D，弹簧的钢丝直径d，有效圈数n和自由长度0l等。当外径D和钢丝直径d中有一个决定后，按卷绕比C来确定另一个。卷绕比由式：

DCd得出。

由1DDd，可得：

11DdC

式中1D—弹簧的最大外径。

对于坦克离合器用的压缩弹簧，其卷绕比通常取为5~8C，在此取6C。

初步确定钢丝直径为mmd5，弹簧数量为12tZ

弹簧的静强度条件为：

1.6[]ttpKCFdZ

式中K—曲度系数，计算公式为：

410.61544CKCC

将数据带入可得1.25K。

由此可以检验弹簧钢丝直径：

1.6[]ttpKCFdZ

610*590*1247.2628*6*25.1*6.1

=2.27㎜

故选取钢丝直径为mmd4满足要求。则有

mmD246*4,圆整取mmD50

3.4.2确定弹簧圈数n和长度l及刚度

弹簧参数与刚度的关系为：

348nDGdk

其中 G—材料的剪切弹性模数，查机械手册表276得78GGpa。

由上式和公式

taFkZz