【文章內容簡介】 車輛起步和換擋時變速箱齒輪輪齒間的沖擊，減小換擋時間和離合器的熱負荷； (5) 具有更可靠的剛度和強度，滿足高轉速下動不平衡和離心油壓的要求； (6) 能使車輛傳動系避免共振，具有吸收振動、沖擊的能力，離合器的工作噪聲更低； (7) 操縱、控制、安裝及調整方便，對制造安裝誤差要求不能太高，有較強的抗污染能力； (8) 離合器的工作性能更平穩(wěn)，在工作過程中，摩擦片上的壓緊力要不變化或變化很小，摩擦系數(shù)在工作過程中應盡 量使其穩(wěn)定； (9) 離合器在一定空間尺寸下，熱容量更大，冷卻散熱能力更強，使用壽命更長； (10) 系列化，標準化，低成本。 濕式離合器研究的意義 隨著我國國民經濟的發(fā)展和科學技術的進步，汽車工業(yè)得到前所未有的快速發(fā)展，且隨著電子和計算機技術融合到汽車技術中，具有實用價值的汽車電子技術不斷完善，使得在汽車發(fā)動機管理、燃油噴射、傳動系控制、懸架控制、制動控制等方面都取得了突破性進展。在汽車傳動系方面，濕式離合器作為自動變速器的一個關鍵部件，對其接合控制和接合過程動態(tài)性能進行深入研究，對于提高我國 汽車關鍵零部件的研發(fā)水平 ，促進國產自動變速器行業(yè)發(fā)展都具有重要 意義。 北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 5 第二章 濕式離合器摩擦片的設計 引言 對濕式離合器鋼片和摩擦片的設計，濕式離合器的鋼片和摩擦片是濕式離合器設計中最重要的組件之一，摩擦片是離合器接合后靠鋼片和摩擦片之間的摩擦來傳遞的扭矩，從而實現(xiàn)動力從輸入軸經離合器再傳給輸出軸。其中包括摩擦片材料的選擇，摩擦偶件數(shù)的確定，摩擦片內外徑的計算，摩擦片法向壓緊力的計算，離心油壓作用力及液壓缸的壓力。 （ 1）已知設計參數(shù) a）最大傳遞扭矩： 1000Nm； b）采用濕式離合器結構，液壓操縱； c）最高轉速 3800r/min。 （ 2）任務及目標 a） 查閱資料，了解濕式換擋離合器的發(fā)展及應用 ； b） 進行離合器的設計計算，包括主軸、摩擦片、控制缸、彈簧等 ； c）離合器試驗系統(tǒng)的方案設計及部件選型設計； d） 離合器試驗箱的 設計 ； e）詳細撰寫畢業(yè)設計說明書，繪制變速器工程圖。 摩擦片的材料 換擋離合器裝在密封著的變速箱內，工作時散熱條件差，所以要求摩擦材料要具有良好的導熱、耐磨、耐熱、耐燒蝕性。在實際作業(yè)中換擋頻繁，要求離合器在結合時應平穩(wěn)、柔和；而在分離時要迅速徹底。因此，在設計離合器時要求摩擦片具有足 夠的摩擦系數(shù)和穩(wěn)定性，以保證在給定的條件下可靠工作。由于粉沫冶金摩擦材料主要成份為金屬，導熱性好、強度高，且承受負荷能力比非金屬摩擦材料大，故在工程機械、動力換擋離合器中得到了廣泛應用。 由于摩擦離合器工作時要產生大量的摩擦熱，因此，摩擦副中至少有一個元件應由金屬材料制成，以確保摩擦區(qū)產生的熱量迅速散出，一般采用鋼或鑄鐵。為了增大摩擦系數(shù)，另一個元件一般采用摩擦襯面。對于片式離合器摩擦副，摩擦襯面材料可分成兩類：金屬類、非金屬類。 金屬型摩擦材料，即與鋼片對偶的摩擦襯面材料成為金屬材料，在汽車車輛中，常見金 屬型摩擦材料有鋼、鑄鐵、和粉沫冶金等，摩擦副常見的有鋼對鋼、鋼對鑄鐵和鋼對粉沫冶金等型式。采用鋼、鑄鐵作為摩擦材料的摩擦片制造較簡單，機械強度高，散熱好，耐磨，但摩擦系數(shù)低，局部易發(fā)生燒蝕、膠合及金屬轉移等現(xiàn)象，導致早期失效。 北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 6 粉沫冶金材料一般采用銅基或鐵基粉沫冶金，主要成分為金屬，添加石墨和鉛提高耐磨性與防止粘著。粉沫冶金摩擦材料的主要優(yōu)點是有較高的摩擦系數(shù)且在較大溫度變化范圍內，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，高溫下耐磨性好；許用比壓較高，導熱性能好；表面開槽可獲得良好冷卻，允許較長時間打滑而不致燒蝕。由于其強度低、韌性 差，一般燒結在鋼的基片上。 非金屬的摩擦材料如石墨 — 樹脂摩擦材料和石棉 — 樹脂摩擦材料等多采用紙基摩擦材料。紙基摩擦材料是借用造紙工藝制得的材料，具有動摩擦系數(shù)大，低的靜、動摩擦系數(shù)比，接合平穩(wěn)柔和、噪聲小等優(yōu)點 [20]。表 21 摩擦片材料。 表格 21摩擦系數(shù)和許用比壓 摩擦副材料 工作條件 d p/Mpa 鋼對鋼 干式 ～ ～ 濕式 ～ 1～ 2 鋼對銅絲石棉 干式 ～ ～ 濕式 ～ ～ 鋼對鑄鐵 干式 ～ ～ 鋼對紙基 濕式 ～ 2 鋼對粉沫冶金 干式 ～ ～ 濕式 ～ 2～ 工程機械采用的粉沫冶金摩擦材料主要有銅基和鐵基兩種。其中，應用較多的是銅基摩擦材料，其材料中含有錫、鋅、鉛、鐵等金屬成份及二氧化硅、二硫化鉬、石墨等非金屬成份。這類材料的耐磨性較鐵基高，且接觸均衡、不易與對偶件粘結，其摩擦片的性能見表 22 所示。 表 22 銅基粉沫冶金摩擦片性能 項 目 銅基 /濕式 /壓燒法 密度 /g cm3 ~ 硬度 /HB 15~ 60 靜摩擦因數(shù) ~ 動摩擦因數(shù) ~ 因此，選用的摩擦片的材料為鋼對 粉沫冶金 （銅基） 如下表 23。 北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 7 表 23 鋼對粉末冶金參數(shù) 摩擦副材料 工作條件 d p/Mpa 鋼對粉沫冶金 干式 ～ ～ 濕式 ～ 2～ 摩擦偶件數(shù)量 P 在保證傳遞扭矩的前提下，應盡量減少摩擦偶件數(shù)。摩擦偶件少，磨損小，結合時壓緊力和功率損失少，且各片的間隙分布均勻，不僅能充分冷卻，而且還不易產生帶排現(xiàn)象。片數(shù)越多，分離時片與片之間越易被潤滑油粘住，克服粘液的扭矩就大，越易產生帶排現(xiàn)象。但實際離合器，由于外廓尺寸受到結構限制，為了滿足傳遞扭矩的要求，不得不設計成多片式的結構。對于換擋離合器，其摩擦片一般取 3~ 6 片。 因此，選取濕式 換擋 離合器的摩擦偶件數(shù)量為： P=5，即需要鋼片 P1=5，粉沫冶金摩擦片 P2=5。 摩擦副 Z 表面相鄰的主動摩擦片和被動摩擦片構成一個離合器摩擦副（又稱摩擦對偶），由摩擦材料與其配對件組成。 在保證傳遞轉矩的前提下，應盡量減小摩擦副數(shù)，結合時，軸向摩擦力小，壓緊力損失也小；空轉時產生帶排轉矩小，功率也小。 為了提高摩擦面的工作性能，在濕式離合器摩擦襯面上常開有溝槽。它的主要作用是破壞油膜，使摩擦副處于邊界摩擦狀態(tài)，提高摩滑時的摩擦系數(shù)；徑向槽主要是保證冷卻油能流經摩擦片表面，提高散熱效果，同時，油流還可將磨損碎 屑帶走，起到清潔摩擦表面的作用。由于摩擦片組數(shù) P=5，則摩擦副數(shù) Z=10。 摩擦片表 面溝槽 為了提高摩擦片的工作性能，在摩擦片表面上常開有溝槽，其主要作用有兩個： (1) 潤滑油流過離合器摩擦表面時，能更好地冷卻和潤滑摩擦片表面，同時油流還可將摩擦表面上磨損下來的磨屑帶走，起到清潔摩擦表面的作用。 (2) 主、從片接合時，這些溝槽有助于摩擦表面上的油匯集到溝槽中流走，當兩片相對滑磨時，還可以起到刮油和破壞油膜的作用，從而建立半液體和臨界摩擦，提高摩擦因數(shù)。 摩擦表面的溝槽形式通常有徑向槽、螺旋槽、弧形菱狀槽、方形槽、復合槽（螺旋槽加徑向槽）。不同的溝槽形狀對摩擦片性能影響是不同的，并且對于同一形狀的溝槽， 其深度、寬度和密度對摩擦性能也有影響。溝槽的設置雖提高了摩擦片的摩擦性能，但同時北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 8 也減小了摩擦面積，增加了摩擦片的磨損。因此，在計算比壓和摩擦力矩時，必須扣除溝槽的面積。 摩擦片內外徑 離合器的主要尺寸參數(shù)有摩擦片 外徑和內徑 。摩擦片的 外徑 選取應使摩擦片最大圓周線速度不超過極限值，以免摩擦片發(fā)生 飛離 現(xiàn)象。濕式換擋離合器摩擦轉矩與摩擦副副數(shù)成正比，且隨摩擦副面積和作用半徑增大而增大，所以為增大離合器的摩擦轉矩，一是可以采用增加摩擦副數(shù)量的方法，二是增大摩擦副的徑向尺寸。但是摩擦副數(shù)量過多一方面會導致活塞行程 過大，分離不徹底、不均勻而造成較大的帶排轉矩，另一方面會導致滑摩時摩擦襯片接觸 比亞 分布的不均勻性增大；而加大摩擦副徑向尺寸會導致摩擦片 圓周速度（線速度） 過大，以致使摩擦副間 熱流密度 過大而出現(xiàn)過熱，發(fā)生摩擦偶件燒蝕或裂紋現(xiàn)象。因此，合理設計摩擦副的尺寸及摩擦副數(shù)是非常重要的。 金屬型摩擦片外徑： R= （ 21） 式中 ， m= — 對于金屬型摩擦片 m=～ ，取中間值為 ； — 摩擦副系數(shù)取 ； — 摩擦表面接觸系數(shù)，其值等于扣除表面油槽后的凈面積與總面積之比，無油槽時 =1，有油槽是一般取 =～ ，由于金屬摩擦片沒有油槽，則 =1。 — 離合器的儲備系數(shù)； T— 離合器主動件的計算轉矩； — 摩擦副的許用比壓， 取 。 儲備系數(shù) 離合器摩擦轉矩應大于所有傳遞的工作轉矩，才能可靠工作，即在摩滑過程中能夠保證在一定時間內結合，在接合時不大滑。因此在摩擦離合器轉矩的設計過程中，需要預留一定的轉矩儲備，以保證離合器的正常工作，用儲備系數(shù) 表示，定義如下 （ 22） 北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 9 式中 Tfmax— 離合器所有傳遞的最大摩擦轉矩； T— 離合器主動件的計算轉矩。 儲備系數(shù) 反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉矩的可靠程度，是重要的離合器性能參數(shù)。儲備系數(shù)偏小，在起步或換擋過程中，結合時間延長，使摩滑加劇，發(fā)熱嚴重；儲備系數(shù)偏大，則離合器尺寸和質量增大，操縱功增大，容易熄火，且不利于防止過載。在儲備系數(shù)選取過程中，需要折中考慮。對于濕式換擋離合器，其 =～ ，所以取其中間值 = 而已知離合器所傳遞最大傳遞轉矩 T=Tmax=1000 N?m， = 則 Tfmax= T=1200N m （ 23） 由（ 23）代入（ 21）得： R= ≈ 在確定摩擦副徑向尺寸時，內外徑的比值 m= 的取值要適當。如果 m過小，則摩擦襯面寬度過大，內外徑摩滑速度相差大，從而引起內外徑溫升相差過大而導致摩擦片開裂或翹曲變形；如果 m值過大，則摩擦襯面寬度過小，有效利用面積減小，摩擦轉矩較小，換擋 離合器的 m值一般取 ~ 。 則取 。 因此，內徑為 r== 非金屬型摩擦片外徑為 （ 24） 式中 m= ，對于非金屬型摩擦片 m=～ ，取 m=； — 摩擦副系數(shù)去 ； — 摩擦表面接觸系數(shù)，其值等于扣除表面油槽后的凈面積與總面積之比，無油槽北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 10 時 =1，有油槽是一般取 =～ ，則取中間值為 。 — 離合器的儲備系數(shù)； T— 離合器主動件的計算轉矩； — 摩擦副的許用比壓，取 。 則 R= ≈ 因此，內徑 r== 對鋼片和粉沫冶金摩擦片是結合在一起產生摩擦而帶動離合器輸出軸轉動，使得離合器傳遞轉矩，再考慮到摩擦片還需要設計鍵及液壓缸、軸的設計等，因此對鋼片和粉沫冶金摩擦片的尺寸應進行調整；對于鋼片 R=， r=；對于粉沫冶金摩擦片R=， r=。 液壓缸尺寸的估算 上述已經對摩擦片的尺寸進行詳細的計算，對于液壓缸的尺寸做初步的估算，則： R1=45mm， R2=87mm S= 壓板行程 濕式多片式離合器分離時，各摩擦表面間隙并不均勻，但可以用平均間隙 來衡量，據統(tǒng)計平均間隙 與摩擦片外徑 R 有關，議案取一個摩擦副的分離間隙 =，則壓板行程為： f= Z= 10= 摩擦片的外向壓緊力 對于濕式離合器，采用液壓加壓，旋轉液壓缸離合器，則摩擦片上的法向壓緊力 F 為： F=Fst （ 25） 式中， Fst— 注油壓作用在活塞上的靜壓力， Fst=Pst (R22R21)； Pst— 離合器操縱油壓； R1 和 R2— 液壓缸的內半徑和外半徑； — 回位彈簧的最大載荷； — 液壓缸離心油壓作用在活塞上的離心油壓作用力。 北京理工大學珠海學院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設計 11 離心油壓作用力 取半徑 R 處的一個微分環(huán)形體積，其寬度為 b，這個體積內所含油的密度為 ，則其質量為： dm=2 R dR b （ 26） 如液壓缸內油的回轉角速度為 ，則這一質量所產生的離心力使半徑 R 處的壓強產生一個微分增量，即 dp= = （ 27） 積分得離心油壓 Pl為 Pl== （ 28） 當 R=R0時，是油進入該回轉件的入口， Pl=0，則 C= （ 29） 所以 Pl=