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设计
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与优化 摘要 离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递，可以限制传动系所承载的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏。本文就汽车离合器设计的基本要求、典型形式离合器的特点、基本参数与选择优化和扭转减振器的设计等环节进行详细的阐述，为汽车离合器的设计提供参考。 关键词 汽车；离合器；设计 离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。好的离合器设计在汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；也能有效地降低传动系中的振动和噪声。 1 汽车离合器设计的基本要求 1）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩； 2）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击； 3）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击； 4）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用寿命； 5）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的能力； 6）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。 2 离合器的结构
方案
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分析 汽车离合器多采用盘形摩擦离合器。 2.1 从动盘数的选择 单片离合器（图1）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。 双片离合器（图2）传递转矩的能力较大，径向尺寸较小，踏板力较小，接合较为平顺。但中间压盘通风散热不良，分离也不够彻底。 2.2 压紧弹簧和布置形式的选择 1）周置弹簧离合器 它的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。 2）中央弹簧离合器 它的压紧弹簧，布置在离合器的中心。可选较大的杠杆比，有利于减小踏板力。通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整，多用于重型汽车上。 3）斜置弹簧离合器 它的显著优点是摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。 4）膜片弹簧离合器 （1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性； （2）较小的轴向尺寸，零件少而结构简单； （3）性能较为稳定，可以在高速旋转时降低压紧力； （4）由于压力均匀所以磨损也是均匀的，另外就是散热，保证了使用寿命； （5）平衡性好； （6）有利于大批量生产，降低制造成本。 5）拉式膜片弹簧离合器 （1）结构简单，零件数目更少，质量更小； （2）膜片弹簧的直径较大，提高了传递转矩的能力； （3）离合器盖的变形量小，分离效率高； （4）杠杆比大，传动效率较高，踏板操纵轻便； （5）在支承环磨损后不会产生冲击和噪声； （6）使用寿命更长。 3 离合器基本参数的优化 3.1 设计的变量 由于离合器的后备系数β和单位压力p0取决于F（离合器工作压力）和D及d（离合器的主要尺寸参数），所以优化离合器基本参数的设计变量应选为： X=[x1 x2 x3 ]T=[ F D d ]T T-静摩擦力矩 D-摩擦片外径 d-摩擦片内径 3.2 目标函数 目标函数也就是要求离合器结构尺寸最大程度的小，但这是在保证离合器性能要求条件下进行的，目标函数如下： 3.3 约束条件 1）选取摩擦片的外径D（mm）时要保证最大圆周速度υD小于65m/s~70m/s， 即 2）摩擦片的内外径比c在 0.53≤c≤0.70范围之内； 3）不同车型的β值要保证在1.2≤β≤4.0范围之内，这样可以保证离合器可靠传递转矩并且防止传动系过载； 4）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，即d>2Ro+50； 5）单位摩擦面积传递的转矩也应控制在一定的范围之内，这样可以反映离合器传递转矩并保护过载的能力，此范围即： 6）离合器在滑磨时候会产生一些热负荷，这样摩擦片极易损伤，所以不同车型，选用的摩擦材料其单位压力p0也应控制在一定的范围，实践证明，其范围在0.10MPa~1.50MPa之间。即 0.10MPa≤p0≤1.50MPa； 7）汽车起步时的滑磨较为厉害，摩擦片的温度会因为摩擦而过高，为此，要控制单位的摩擦面积，即其滑磨功要不超过一定的范围，即 4 扭转减振器的设计 具有降低传动系的首端扭转刚度，改变系统的固有振型且能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振弹性元件(减振弹簧或橡胶)和能有效地耗散振动能量的阻尼元件(阻尼片)等组成扭转减振器。而扭转减振器具有线性和非线性特性两种形式。单级线性减振器的扭转特性如图3所示。 其中采用圆柱螺旋弹簧弹性元件汽油机汽车中应用比较广泛。 柴油机的发动机，怠速时引起变速器常啮合齿轮齿间的敲击而发出噪音，设置一组刚度较小的弹簧在扭转减振器中，便可消除变速器怠速噪声，两级非线性特性由此产生，目前柴油机汽车中的两级甚至三级非线性扭转减振器都在广泛的应用，三级非线性减振器的扭转特性如图4所示。 5 结论 通过本文分析描述，好的离合器设计首先从满足基本设计要求，根据场合和特点选用合适的离合器形式，对基本参数建立优化模型，对关键的部件进行设计与分析。
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