【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 車(chē)輛起步和換擋時(shí)變速箱齒輪輪齒間的沖擊，減小換擋時(shí)間和離合器的熱負(fù)荷； (5) 具有更可靠的剛度和強(qiáng)度，滿足高轉(zhuǎn)速下動(dòng)不平衡和離心油壓的要求； (6) 能使車(chē)輛傳動(dòng)系避免共振，具有吸收振動(dòng)、沖擊的能力，離合器的工作噪聲更低； (7) 操縱、控制、安裝及調(diào)整方便，對(duì)制造安裝誤差要求不能太高，有較強(qiáng)的抗污染能力； (8) 離合器的工作性能更平穩(wěn)，在工作過(guò)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(guò)程中應(yīng)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(qiáng)，使用壽命更長(zhǎng)； (10) 系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，低成本。 濕式離合器研究的意義 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)工業(yè)得到前所未有的快速發(fā)展，且隨著電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)融合到汽車(chē)技術(shù)中，具有實(shí)用價(jià)值的汽車(chē)電子技術(shù)不斷完善，使得在汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)管理、燃油噴射、傳動(dòng)系控制、懸架控制、制動(dòng)控制等方面都取得了突破性進(jìn)展。在汽車(chē)傳動(dòng)系方面，濕式離合器作為自動(dòng)變速器的一個(gè)關(guān)鍵部件，對(duì)其接合控制和接合過(guò)程動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行深入研究，對(duì)于提高我國(guó) 汽車(chē)關(guān)鍵零部件的研發(fā)水平 ，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)自動(dòng)變速器行業(yè)發(fā)展都具有重要 意義。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 5 第二章 濕式離合器摩擦片的設(shè)計(jì) 引言 對(duì)濕式離合器鋼片和摩擦片的設(shè)計(jì)，濕式離合器的鋼片和摩擦片是濕式離合器設(shè)計(jì)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(lái)傳遞的扭矩，從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)力從輸入軸經(jīng)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(nèi)外徑的計(jì)算，摩擦片法向壓緊力的計(jì)算，離心油壓作用力及液壓缸的壓力。 （ 1）已知設(shè)計(jì)參數(shù) a）最大傳遞扭矩： 1000Nm； b）采用濕式離合器結(jié)構(gòu)，液壓操縱； c）最高轉(zhuǎn)速 3800r/min。 （ 2）任務(wù)及目標(biāo) a） 查閱資料，了解濕式換擋離合器的發(fā)展及應(yīng)用 ； b） 進(jìn)行離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括主軸、摩擦片、控制缸、彈簧等 ； c）離合器試驗(yàn)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)及部件選型設(shè)計(jì)； d） 離合器試驗(yàn)箱的 設(shè)計(jì) ； e）詳細(xì)撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，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(nèi)，工作時(shí)散熱條件差，所以要求摩擦材料要具有良好的導(dǎo)熱、耐磨、耐熱、耐燒蝕性。在實(shí)際作業(yè)中換擋頻繁，要求離合器在結(jié)合時(shí)應(yīng)平穩(wěn)、柔和；而在分離時(shí)要迅速?gòu)氐?。因此，在設(shè)計(jì)離合器時(shí)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(dǎo)熱性好、強(qiáng)度高，且承受負(fù)荷能力比非金屬摩擦材料大，故在工程機(jī)械、動(dòng)力換擋離合器中得到了廣泛應(yīng)用。 由于摩擦離合器工作時(shí)要產(chǎn)生大量的摩擦熱，因此，摩擦副中至少有一個(gè)元件應(yīng)由金屬材料制成，以確保摩擦區(qū)產(chǎn)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(gè)元件一般采用摩擦襯面。對(duì)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(duì)偶的摩擦襯面材料成為金屬材料，在汽車(chē)車(chē)輛中，常見(jiàn)金 屬型摩擦材料有鋼、鑄鐵、和粉沫冶金等，摩擦副常見(jiàn)的有鋼對(duì)鋼、鋼對(duì)鑄鐵和鋼對(duì)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(jiǎn)單，機(jī)械強(qiáng)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(zhuǎn)移等現(xiàn)象，導(dǎo)致早期失效。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 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(diǎn)是有較高的摩擦系數(shù)且在較大溫度變化范圍內(nèi)，摩擦系數(shù)穩(wěn)定，高溫下耐磨性好；許用比壓較高，導(dǎo)熱性能好；表面開(kāi)槽可獲得良好冷卻，允許較長(zhǎng)時(shí)間打滑而不致燒蝕。由于其強(qiáng)度低、韌性 差，一般燒結(jié)在鋼的基片上。 非金屬的摩擦材料如石墨 — 樹(shù)脂摩擦材料和石棉 — 樹(shù)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(dòng)摩擦系數(shù)大，低的靜、動(dòng)摩擦系數(shù)比，接合平穩(wěn)柔和、噪聲小等優(yōu)點(diǎn) [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(duì)鋼 干式 ～ ～ 濕式 ～ 1～ 2 鋼對(duì)銅絲石棉 干式 ～ ～ 濕式 ～ ～ 鋼對(duì)鑄鐵 干式 ～ ～ 鋼對(duì)紙基 濕式 ～ 2 鋼對(duì)粉沫冶金 干式 ～ ～ 濕式 ～ 2～ 工程機(jī)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(yīng)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(duì)偶件粘結(jié)，其摩擦片的性能見(jiàn)表 22 所示。 表 22 銅基粉沫冶金摩擦片性能 項(xiàng) 目 銅基 /濕式 /壓燒法 密度 /g cm3 ~ 硬度 /HB 15~ 60 靜摩擦因數(shù) ~ 動(dòng)摩擦因數(shù) ~ 因此，選用的摩擦片的材料為鋼對(duì) 粉沫冶金 （銅基） 如下表 23。 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 7 表 23 鋼對(duì)粉末冶金參數(shù) 摩擦副材料 工作條件 d p/Mpa 鋼對(duì)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(yīng)盡量減少摩擦偶件數(shù)。摩擦偶件少，磨損小，結(jié)合時(shí)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(chǎn)生帶排現(xiàn)象。片數(shù)越多，分離時(shí)片與片之間越易被潤(rùn)滑油粘住，克服粘液的扭矩就大，越易產(chǎn)生帶排現(xiàn)象。但實(shí)際離合器，由于外廓尺寸受到結(jié)構(gòu)限制，為了滿足傳遞扭矩的要求，不得不設(shè)計(jì)成多片式的結(jié)構(gòu)。對(duì)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(dòng)摩擦片和被動(dòng)摩擦片構(gòu)成一個(gè)離合器摩擦副（又稱摩擦對(duì)偶），由摩擦材料與其配對(duì)件組成。 在保證傳遞轉(zhuǎn)矩的前提下，應(yīng)盡量減小摩擦副數(shù)，結(jié)合時(shí)，軸向摩擦力小，壓緊力損失也??；空轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生帶排轉(zhuǎn)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(kāi)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(shí)的摩擦系數(shù)；徑向槽主要是保證冷卻油能流經(jīng)摩擦片表面，提高散熱效果，同時(shí)，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(kāi)有溝槽，其主要作用有兩個(gè)： (1) 潤(rùn)滑油流過(guò)離合器摩擦表面時(shí)，能更好地冷卻和潤(rùn)滑摩擦片表面，同時(shí)油流還可將摩擦表面上磨損下來(lái)的磨屑帶走，起到清潔摩擦表面的作用。 (2) 主、從片接合時(shí)，這些溝槽有助于摩擦表面上的油匯集到溝槽中流走，當(dāng)兩片相對(duì)滑磨時(shí)，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(fù)合槽（螺旋槽加徑向槽）。不同的溝槽形狀對(duì)摩擦片性能影響是不同的，并且對(duì)于同一形狀的溝槽， 其深度、寬度和密度對(duì)摩擦性能也有影響。溝槽的設(shè)置雖提高了摩擦片的摩擦性能，但同時(shí)北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 8 也減小了摩擦面積，增加了摩擦片的磨損。因此，在計(jì)算比壓和摩擦力矩時(shí)，必須扣除溝槽的面積。 摩擦片內(nèi)外徑 離合器的主要尺寸參數(shù)有摩擦片 外徑和內(nèi)徑 。摩擦片的 外徑 選取應(yīng)使摩擦片最大圓周線速度不超過(guò)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(guò)多一方面會(huì)導(dǎo)致活塞行程 過(guò)大，分離不徹底、不均勻而造成較大的帶排轉(zhuǎn)矩，另一方面會(huì)導(dǎo)致滑摩時(shí)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(huì)導(dǎo)致摩擦片 圓周速度（線速度） 過(guò)大，以致使摩擦副間 熱流密度 過(guò)大而出現(xiàn)過(guò)熱，發(fā)生摩擦偶件燒蝕或裂紋現(xiàn)象。因此，合理設(shè)計(jì)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(duì)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(wú)油槽時(shí) =1，有油槽是一般取 =～ ，由于金屬摩擦片沒(méi)有油槽，則 =1。 — 離合器的儲(chǔ)備系數(shù)； T— 離合器主動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； — 摩擦副的許用比壓， 取 。 儲(chǔ)備系數(shù) 離合器摩擦轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于所有傳遞的工作轉(zhuǎn)矩，才能可靠工作，即在摩滑過(guò)程中能夠保證在一定時(shí)間內(nèi)結(jié)合，在接合時(shí)不大滑。因此在摩擦離合器轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要預(yù)留一定的轉(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，以保證離合器的正常工作，用儲(chǔ)備系數(shù) 表示，定義如下 （ 22） 北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 9 式中 Tfmax— 離合器所有傳遞的最大摩擦轉(zhuǎn)矩； T— 離合器主動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)矩。 儲(chǔ)備系數(shù) 反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度，是重要的離合器性能參數(shù)。儲(chǔ)備系數(shù)偏小，在起步或換擋過(guò)程中，結(jié)合時(shí)間延長(zhǎng)，使摩滑加劇，發(fā)熱嚴(yán)重；儲(chǔ)備系數(shù)偏大，則離合器尺寸和質(zhì)量增大，操縱功增大，容易熄火，且不利于防止過(guò)載。在儲(chǔ)備系數(shù)選取過(guò)程中，需要折中考慮。對(duì)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(zhuǎn)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(shí)，內(nèi)外徑的比值 m= 的取值要適當(dāng)。如果 m過(guò)小，則摩擦襯面寬度過(guò)大，內(nèi)外徑摩滑速度相差大，從而引起內(nèi)外徑溫升相差過(guò)大而導(dǎo)致摩擦片開(kāi)裂或翹曲變形；如果 m值過(guò)大，則摩擦襯面寬度過(guò)小，有效利用面積減小，摩擦轉(zhuǎn)矩較小，換擋 離合器的 m值一般取 ~ 。 則取 。 因此，內(nèi)徑為 r== 非金屬型摩擦片外徑為 （ 24） 式中 m= ，對(duì)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(wú)油槽北京理工大學(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 10 時(shí) =1，有油槽是一般取 =～ ，則取中間值為 。 — 離合器的儲(chǔ)備系數(shù)； T— 離合器主動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)矩； — 摩擦副的許用比壓，取 。 則 R= ≈ 因此，內(nèi)徑 r== 對(duì)鋼片和粉沫冶金摩擦片是結(jié)合在一起產(chǎn)生摩擦而帶動(dòng)離合器輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，使得離合器傳遞轉(zhuǎn)矩，再考慮到摩擦片還需要設(shè)計(jì)鍵及液壓缸、軸的設(shè)計(jì)等，因此對(duì)鋼片和粉沫冶金摩擦片的尺寸應(yīng)進(jìn)行調(diào)整；對(duì)于鋼片 R=， r=；對(duì)于粉沫冶金摩擦片R=， r=。 液壓缸尺寸的估算 上述已經(jīng)對(duì)摩擦片的尺寸進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，對(duì)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(shí)，各摩擦表面間隙并不均勻，但可以用平均間隙 來(lái)衡量，據(jù)統(tǒng)計(jì)平均間隙 與摩擦片外徑 R 有關(guān)，議案取一個(gè)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(duì)于濕式離合器，采用液壓加壓，旋轉(zhuǎn)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(nèi)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(xué)珠海學(xué)院 2020屆 本科 生畢業(yè) 設(shè)計(jì) 11 離心油壓作用力 取半徑 R 處的一個(gè)微分環(huán)形體積，其寬度為 b，這個(gè)體積內(nèi)所含油的密度為 ，則其質(zhì)量為： dm=2 R dR b （ 26） 如液壓缸內(nèi)油的回轉(zhuǎn)角速度為 ，則這一質(zhì)量所產(chǎn)生的離心力使半徑 R 處的壓強(qiáng)產(chǎn)生一個(gè)微分增量，即 dp= = （ 27） 積分得離心油壓 Pl為 Pl== （ 28） 當(dāng) R=R0時(shí)，是油進(jìn)入該回轉(zhuǎn)件的入口， Pl=0，則 C= （ 29） 所以 Pl=