1、第三章 主离合器,2、掌握主要参数确定,3、掌握离合器发热量的校核,4、掌握结构设计,1、掌握主离合器的类型及选用,5、掌握压紧机构设计,6、了解操纵与控制,Main Clutch,要求：,主离合器的作用,机械传动的自行式工程机械中，柴油机的动力是通过主离合器与传动系相连接的。主离合器的主要作用是切断、接通动力；过载保护；缓冲减振；平稳起步。,第一节 主离合器的类型及选用,一 、 主离合器类型 按照从动片的数目，主离合器可以分为单片、双片、多片等型式； 按照摩擦片工作条件，主离合器有干式和湿式两个类型； 按照经常处于的状况来划分，有常接合式、非常接合式； 按照离合器压紧方式，可以分为弹簧压紧和
2、杠杆压紧； 按照操纵机构型式，有人力操纵、液压助力和气动操纵。,二、主离合器的典型结构,干式主离合器,飞轮,从动盘总成,压盘,膜片弹簧,离合器盖,湿式主离合器,三、主离合器的设计要求 能可靠传递发动机全部转矩； 分离迅速、彻底； 接合平顺柔和，而且不需要完全依靠驾驶员的操作技能来实现这一点； 从动部分的转动惯量要小，这样可以有效地减少换档时换档齿轮（或接合套）的冲击； 散热良好，保证不致因发热造成离合器不能正常工作； 操纵轻便。,第二节 主要参数确定,一 、离合器的摩擦力矩Mm,在摩擦面上任意取宽度为dR圆环作微元，则微元上产生的摩擦力矩dM为：,令 称Rp为摩擦力作用等效半径。,得：,离合器
3、的总摩擦力矩 Mm：,离合器一个摩擦面的摩擦力矩M为：,P=qA,若认为压紧力P在摩擦面上均匀分布 ：,q的许用值q可按下表选用。 对于工程机械来说，一般取较小的q值。,二、摩擦片直径,由于摩擦片通常装在飞轮中间，其外径要受到飞轮尺寸的限制，一般为飞轮直径的0.70.8倍； 为了保证从动盘在离心力的作用下不至于破坏，还要验算从动盘的最大圆周线速度，其值不应超过6570m/s。,摩擦片的内径系数 C=R1 / R 2 ，所以,通常，在结构允许的条件下，取较大的C值；干式离合器一般为0.550.68，湿式的为0.710.83。,三、转矩储备系数,为保证离合器能可靠地传递发动机最大转矩并有一定的使用
4、寿命，必须使离合器的摩擦转矩有一定的储备量，这个储备量的程度用转矩储备系数 衡量，即,工程机械主离合器的转矩储备系数推荐值,第三节 离合器发热量的校核,一 、滑磨功,离合器接合过程,第一阶段：从0到t1。机械由静止到开始移动，滑磨功L1为,第二阶段：从t1到t3 。从动轴角速度n从0增加至与主动摩擦元件的角速度e相等，滑磨功L2为,第三阶段：t3 以后的阶段。加速度逐步减小，最后为零；离合器所传递的转矩也逐步减小，最后等于行驶阻力。,总滑磨功 Lh=L1+ L2 主离合器的总滑磨功 可以采用下式近似计算：,Ie一般取飞轮转动惯量的1.2倍；,1）In越大Lh愈大，而In与变速器的传动比iS的平
5、方成反比，即高档起步比低档起步的Lh大。总滑磨功与整机总质量M成正比，故拖带挂的车辆起步Lh也大。 2）离合器接合前发动机角速度e愈大，则Lh也愈大。e =f（t）变化曲线与操作有关。 3）Lh与Mm曲线的斜率有关，也与驾驶员的起步操作及离合器的转矩储备系数有关。M曲线斜率越陡， 越大，Lh也愈小。但这样机器工作时的冲击大。 计算结果表明：在离合器接合过程中发动机的机械能大约一半用来使车辆加速，转变为动能，另一半消耗于离合器滑磨，变为热能损失掉。,二 、离合器的温升计算,通常工程机械离合器接合一次的温升T35。,离合器在接合过程中所产生的滑磨功将转化为热能，并被离合器的零件和周围介质吸收，造成
6、它们的温度升高，产生离合器发热现象。 必须对离合器进行发热校验，限制其零件的温升，即:将离合器在接合过程中零件的温升限制在一定范围内。 干式离合器接合一次的温升：,湿式离合器接合一次的温升：,对湿式离合器，还要验算其冷却油流量。 从耐磨考虑，最小流量为 从散热考虑，最佳流量为,三、离合器的耐磨性验算,耐磨性通常可用磨损速度的倒数来表示，而磨损速度的大小不仅与一次接合过程中的总滑磨功有关，而且与摩擦工作表面的总面积和材料性质有关，因而可用一次接合过程的比滑磨功，即单位摩擦表面所具有的滑磨功lh来表示离合器的耐磨性。,多片湿式离合器： 结构特点蝶形弹簧；波形面；螺旋形和径向油槽；径向开口 材料特点
7、铜基粉末冶金,第四节 结构设计,一、从动盘组件的特点,干式单片离合器： 波浪形弹簧片、周向减振弹簧 ；长纤维石棉线卷材料、模压材料,二、离合器压盘 压盘的作用：受弹簧力的作用将从动盘压紧在飞轮上，传递动力。与飞轮、离合器盖同属离合器的主动部分。 压盘的设计： 1. 压盘的形状和材料选择对离合器性能有决定性影响，其尺寸应满足热负荷的要求。它应能储存一定的摩擦热量，或能迅速把此热量散发到周围空气中去。故应根据热容量、散热性以及防止挠曲来设计它的形状。 2. 压盘受热比飞轮严重，还须满足高速下的安全要求。其安全转速一般应超过发动机最高转速的1倍，故其材料用高级铸铁制造，也有用优质球墨铸铁的。离合器压
8、盘还要进行静平衡试验，其平衡精度不能低于1520gmm。,三、离合器壳 离合器壳是指飞轮和离合器总成的金属罩盖。 通常用薄钢板压制成形，即可满足弹性和刚度的要求。对于重型工程机械则多用灰铸铁，或球墨铸铁，以提高其抗弯能力，并且对振动不敏感。在离合器壳上还设有通风窗等结构以满足离合器的散热要求。 离合器壳与飞轮的定心，一般是用离合器壳体的外径定心，但精确的办法是采用销钉定心。离合器壳与压盘的连接方式，有传力片、传动块和销钉等。,四、离合器轴主离合器轴的前端支承在飞轮中心。为了便于装配，轴承外圈与飞轮配合较紧，内圈与轴配合较松。 主离合器轴的后端与变速箱相连。 对于像汽车这样批量很大、功率较小的机
9、器而言，主离合器轴通常与变速箱轴做成一体，主离合器轴的后端直接支承在变速箱壳体上； 对于批量小、功率大的工程机械而言，主离合器轴的后端一般支承在离合器盖上，通过联轴器与变速箱相连接。,第五节 压紧机构设计,一、弹簧压紧,将数个圆柱弹簧均匀布置在同一半径或两个不同半径的圆周上。,在离合器中心位置布置中央弹簧，它可以是螺旋弹簧，也可以是碟形弹簧或膜片弹簧。,将弹簧压紧和杠杠压紧两种形式组合使用。,1. 圆柱螺旋弹簧,大多数常闭式离合器采用数个圆柱螺旋弹簧圆周布置的方式，为了使压紧力在摩擦面上均匀分布，弹簧数量随摩擦面积的增大而增多，通常取6、9、12、15个。,(1）选择材料 查取许用剪切应力，然
10、后在58范围内初步选取旋绕比C。由下式计算弹簧钢丝直径d并圆整为标准值；,圆柱螺旋弹簧的设计步骤：,（2）计算弹簧中径D DCd，弹簧中径也应该圆整为标准值。 （3）计算有效圈数n,（4）复查并校核弹簧特性，其中包含弹簧刚度、变形量、工作载荷和试验载荷等数值是否符合设计要求。按此步骤一般需选取几个C值同时计算，比较其结果，选取最优方案。,2.碟形弹簧,碟形弹簧的载荷变形公式,碟形弹簧是非线性弹簧。 利用这个特点，设计时可以使弹簧工作于最高点s右侧的b点，摩擦片磨损终了时，可以使弹簧工作于a点，基本实现Pa=Pb，保证离合器的转矩储备系数大体不变。 离合器分离操作时，弹簧由b向c变形，压力越来越
11、小，操纵也越来越轻。还有，碟形弹簧的轴向尺寸也比较小，而且压紧力在圆周方向是均匀分布的。,碟形弹簧的特性曲线,初步设计时，可取D/d=1.5，弹簧锥底角a取910。当碟形弹簧变形 f 超过 fP 时，弹簧会发生翻转，结构设计时要保证其翻转不受妨碍。 碟形弹簧设计时，要将弹簧工作时发生最大应力的变形f0与离合器彻底分离时的变形量fc相比较，要选择其中的较小值来计算弹簧的强度。,膜片弹簧是一种特殊结构的碟形弹簧。其结构是在碟形弹簧的中心部分开许多径向槽，构成许多被称为分离指的弹性杠杆后形成的。当离合器分离时，分离指起着分离杠杆的作用；而未切槽的其它完整部分，仍然为碟形弹簧。,3.膜片弹簧,两类膜片
12、弹簧离合器示意图,1离合器盖；2膜片弹簧；3压盘,压式膜片弹簧离合器工作原理示意图,膜片弹簧在离合器接合和分离状态时的受力及变形,自由状态 接合状态 分离状态,二 、杠杆机构压紧,离合器杠杠机构工作原理,S=Sk+Sg+Sb,接合套位移,Sk空行程。用以消除压紧杠杠端部与压盘之间和离合器各摩擦表面之间的间隙，压盘还没有产生压紧力。 Sg工作行程。压紧机构逐渐在摩擦面上产生压紧力，使离合器接合，在死点时压紧力最大，但这个位置还不稳定，该最大压紧力不能保持。 Sb闭合行程。杠杠机构越过死点，压紧力略有下降，但可防止机构在工作中自动分离。,第六节 操纵与控制,对于由司机脚踩踏板操纵的，为减轻司机的劳
13、动强度，要求踏板力尽可能小，一般不超过150-200N；踏板总行程也不宜过大，一般应在80-150mm范围内，最大不超过200mm。 手操纵杆上的操纵力不宜超过150N。 应具有踏板自由行程的调整装置，以便在离合器摩擦片磨损后用来调整和恢复分离轴承与分离杠杠间的正常间隙量。 应有踏板行程限位装置，以防止操纵机构的零件受过大载荷而损坏。,设计时通常先设计合适的操纵行程，然后校核操纵力的大小，如果操纵力过大，则要考虑改进离合器方案或者采用动力操纵。,一 、机械式人力操纵机构,由一系列杠杠组成，结构简单，工作可靠。 但当距离较远时，结构布置困难，铰点增多，效率降低，重量加大，而且车架变形也会影响正常工作。 一般用于距离较近，布置方便的机械上。,踏板,拉杆,摆杆,二 、液压式人力操纵机构,一般由分离油缸、分离总泵和管路系统组成。具有摩擦阻力小、重量轻、布置方便、离合器接合柔和、可以远距离控制等优点。广泛的使用在各种人力操纵的机械上。,三 、气压式操纵机构,主要由踏板、操纵阀、工作缸、储气筒和管路组成。操纵轻便是其突出优点。一般用在具备压缩空气装置的车辆上。设计时需保证工作缸活塞杆的行程与踏板行程成一定比例，从而确保缓慢放松踏板时离合器平顺柔和的接合。,四 、液压助力式操纵机构,这种操纵方式可靠，而且可以产生很大的离合器接合力，但远距离操纵比较困难，常用于大功率的湿式离合器上。,
