浅谈离合器的设计

樊笑宇

(黑龙江省交通科学研究所)

1 压紧弹簧的结构形式及其布置

1.1 采用膜片弹簧

膜片弹簧具有非线形特性，当磨损后弹簧压力保持不变，且可以减轻分离离合器的踏板力，使操纵轻便。膜片弹簧本身兼压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目少，质量减轻，并显著的简短了轴向尺寸。由于膜片弹簧与压盘以整个圆周相接触，使压力分布均匀，膜片弹簧的接触良好，磨损均匀，易于实现良好的通风散热。

1.2 采用拉式结构

拉式膜片弹簧有以下优点:取消了中间的支承零件，使结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小;以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增加踏板力;在接合或分离的状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高;无论在接合状态或分离状态，拉式机构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声。

1.3 采用弹性传动片式

弹性的传动片式其结构可避免其他形式中连接的间隙，从而避免了冲击和噪声。在离合器分离时，也不会由于零件的摩擦而降低离合器操纵部分的传动效率，且结构简单，降低了对装配精度的要求，还有利于压盘的定中。

2 离合器的设计与计算

2.1 主要参数的选择

(1)静摩擦力矩TC

式中:β为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦转矩与发动机最大转矩之比值必须大于1。它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠度。在选择β时，应考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠的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。对于乘用车可选β=1.20～1.75，取Temax1.5。为发动机最大输出转矩，这里取Temax=236(N·m)，则TC=1.5×236=354(N·m)。

2.2 单位压力P0

单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器的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，此处取P0=0.4(MPa)。

2.3 摩擦片外径D、内径d和厚度b的确定

设计中所使用的技术参数如下。

(1)整车质量1870(kg);

(2)汽车的最大速度195(km/h);

(3)发动机最大功率103(kW)及最大功率对应的转速为5000(r/min);

(4)发动机最大转矩236(N·m)及最大转矩对应的转速为3125(r/min)。

表1 直径系数KD的取值范围

表2 离合器摩擦片尺寸系列和参数

3 膜片弹簧的选择

(1)H/h和h的选择。

比值H/h对膜片弹簧的特性影响极大，为保证离合器压紧力变化不大而操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h的值一般为1.5～2.0，取H/h=1.8，板厚一般为2～4mm，取h=3mm。则:H=3×1.8=5.4mm。

(2)R/r比值和R、r的选择。

R/r的值越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，而且应力越大。根据结构布置和压紧力的要求，R/r的值一般为1.2～1.35，取R/r=1.3。

(3)α的选择。

膜片弹簧的自由状态下圆锥底角α与内截锥高度H有关。

(4)膜片弹簧工作点位置的选择。

该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，取λ1B=λ1H=4.58，以保证摩擦片在最大磨损限度△λ范围内的压紧力从F1B到F1A变化不大。

(5)切槽宽度δ1、δ2的半径及re的确定。

δ1的范围为3.2～3.5mm，取δ1=3.3mm;

δ2的范围为9～10mm，取δ2=10mm;

因为r-re≥δ2，所以re≤r-δ2=95-10=85mm，取re=85mm。

(6)压盘加载点半径R1和支承环加载点半径r1的确定。

R1和r1的取值将影响膜片弹簧的刚度，r1应略大于r且尽量接近r，R1应略小于R且尽量接近R0。所以，R1=120mm、r1=96mm。