工程机械设计

弹簧压紧式离合器可以通过弹簧伸长自动补偿摩擦片的 弹簧压紧式离合器可以通过弹簧伸长自动补偿摩擦片的 磨损，调整方便。但当离合器传递的转矩较大时，弹簧压 磨损，调整方便。但当离合器传递的转矩较大时， 紧困难，难以实现较大压紧力。多片离合器的接合过程弹 紧困难，难以实现较大压紧力。 簧变形较大，压紧力损失较大。弹簧压紧式一般用于摩擦 簧变形较大，压紧力损失较大。 面数量较少的干式离合器上。 面数量较少的干式离合器上。 杠杆压紧式离合器可以实现较大的压紧力， 杠杆压紧式离合器可以实现较大的压紧力，多用于多片 离合器可以实现较大的压紧力 湿式离合器上，但它对离合器的摩擦片的磨损补偿能力差， 湿式离合器上，但它对离合器的摩擦片的磨损补偿能力差， 压盘要求轴向可以调整，以弥补摩擦片的磨损。 压盘要求轴向可以调整，以弥补摩擦片的磨损。
离合器接合过程
总滑磨功 Lh=L1+ L2 可以采用下式近似计算： 主离合器的总滑磨功 可以采用下式近似计算：
2 ωeH
Lh =
1 1 1 21− + β I I e n
ωeH－发动机的额定角速度 rad / s； ，
Ie－换算到离合器主动盘 上的发动机转动惯量， kg 上的发动机转动惯量， ⋅ m2； In－换算到离合器从动轴 上的整机转动惯量， kg 上的整机转动惯量， ⋅ m2。
离合器盖 飞轮 分离杠杠
二、 主 离 合 器 的 典 型 结 构
压盘 从动盘总成
干 式 主 离 合 器
分离套筒 压紧弹簧
飞轮 从动盘总成 压盘 膜片弹簧 离合器盖 分离轴承
调整盘 分离滑套 从动盘
湿 式 主 离 合 器
从动轮毂 离合器轴
压盘 重锤杠杠 中离合器的设计要求 能可靠传递发动机全部转矩； 可靠传递发动机全部转矩； 发动机全部转矩 分离迅速、彻底； 分离迅速、彻底； 接合平顺柔和， 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； 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 从动部分的转动惯量要小， 转动惯量要小 换档齿轮（或接合套）的冲击； 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； 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。 操纵轻便。
Mm β= Mem ax
工程机械主离合器的转矩储备系数推荐值
β值 机器类型 重型履带工程机械 轻型履带工程机械 轮胎式工程机械 干 主 离 合 器 型 式 式 湿 式 3.5 ～ 4.0 2.5 ～ 3.0 2.0 ～ 3.0 2.5 ～ 3.0 1.5 ～ 2.5 1.5 ～ 2.0
随着转矩储备系数的增大，工作可靠性增加，使用寿命加长； 随着转矩储备系数的增大，工作可靠性增加，使用寿命加长；但过大的系数 的增大 会使离合器尺寸增大，压紧力、操纵力增大，而且起不到过载保护的作用。 会使离合器尺寸增大，压紧力、操纵力增大，而且起不到过载保护的作用。
所以， 的条件下， 所以，在C>0.5的条件下，可采用近似计算公式： 的条件下 可采用近似计算公式：
R1 + R2 RP = 2
三、转矩储备系数β
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寿命， 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 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β 衡量
若认为压紧力P在摩擦面上均匀分布 若认为压紧力 在摩擦面上均匀分布 ： P=qA
2 A = k A ( R2 − R12 )π
q的许用值 可按下表选用。 的许用值[q]可按下表选用 的许用值 可按下表选用。 对于工程机械来说，由于离合器使用频繁，而且载荷较大， 对于工程机械来说，由于离合器使用频繁，而且载荷较大，一般取较小 的[q]值。 值
µ－主从动盘之间的摩擦 ； 系数； 系数
q－摩擦面的单位压力， / m2。 N 摩擦面的单位压力，
一个摩擦副
离合器一个摩擦面的摩擦力矩M为 离合器一个摩擦面的摩擦力矩 为：
2 M = 2πµ ∫ R dR = πµ (R2 − R3 ) q q 3 1 R 1 3 3 3 3 2 R2 − R3 2(R2 − R2 ) 2 = µ •π (R2 − R2 )q • • 2 12 = µP• 1 2 2 3 R2 − R 3(R2 − R2 ) 1 3 2(R2 − R3 ) 1 为摩擦力作用等效半径。 令 RP = 称Rp为摩擦力作用等效半径。 2 2 3(R2 − R ) 1
在能良好的传递 发动机转矩的条 件下， 件下，应尽量选 用单片离合器。 用单片离合器。
单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好， 单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整 结构简单 方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、 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。 接合平顺。 多片离合器传递转矩的能力较大，径向尺寸较小， 多片离合器传递转矩的能力较大，径向尺寸较小，接合 传递转矩的能力较大 较为平顺。但中间压盘通风散热不良，分离也不够彻底。 较为平顺。但中间压盘通风散热不良，分离也不够彻底。
1）暂时切断发动机与 传动系的联系， 传动系的联系，便于发 动机的起动和变速器的 换档，保证传动系换档 换档， 时工作平顺。 时工作平顺。 2）使发动机与传动系 逐渐接合， 逐渐接合，保证汽车平 稳起步。 稳起步。 3）限制所传递转矩， 限制所传递转矩， 防止传动系过载。 防止传动系过载。
第一节
第二节 主要参数确定
摩擦力矩
主要 参数
摩擦片直径 转矩储备系数
离合器的摩擦力矩M 一 、离合器的摩擦力矩 m
在摩擦面上任意取宽度 圆环作微元， 为dR圆环作微元，则微元上 圆环作微元 产生的摩擦力矩dM为 产生的摩擦力矩 为：
dM = Ff ⋅ R = Pµ ⋅ R = 2πRdR⋅ q ⋅ µ ⋅ R = 2πR2dR⋅ µq
L2 = ∫ M(t)(ωe −ωn )dt
t1
t3
第三阶段： 以后的阶段。 第三阶段：t3 以后的阶段。机器和发动 机仍在加速，但加速度逐步减小， 机仍在加速，但加速度逐步减小，最后 为零； 为零；离合器传递的转矩也由于失去惯 性力负荷逐步减小 最后等于行驶阻力。 逐步减小， 性力负荷逐步减小，最后等于行驶阻力。
干式摩擦片的摩擦面上没有润滑油流过，摩擦系数大、 干式摩擦片的摩擦面上没有润滑油流过，摩擦系数大、 的摩擦面上没有润滑油流过 传递转矩大、操纵力小、结构简单、尺寸紧凑。 传递转矩大、操纵力小、结构简单、尺寸紧凑。但干式离 合器发热大、散热差、磨损快， 合器发热大、散热差、磨损快，一般用于离合器不经常操 作的设备或功率较小的设备。 作的设备或功率较小的设备。 湿式离合器散热好、寿命长、可以频繁工作， 湿式离合器散热好、寿命长、可以频繁工作，但它操纵 散热好 力大、结构较复杂。通常一般用于如推土机等功率较大、 力大、结构较复杂。通常一般用于如推土机等功率较大、 结合频繁的机械上。 结合频繁的机械上。
由于
3 2(R2 − R3 ) 4 R R2 R + R2 1 1 1 RP = = 1− 2 2 (R + R )2 2 3(R2 − R ) 3 1 1 2
4 C R + R2 1 = 1− (1+ C)2 2 3
R2 2
得：
M = µPRp
离合器的总摩擦力矩 Mm：
Mm = MZk = µPRpZk
其中， 为压紧力损失系数 为压紧力损失系数。 摩擦力矩是在压紧力下产生的， 其中，k为压紧力损失系数。（摩擦力矩是在压紧力下产生的，实际的压紧 力要考虑花键等联接中的摩擦阻力，比如飞轮与压盘，从动盘与轮毂之间） 力要考虑花键等联接中的摩擦阻力，比如飞轮与压盘，从动盘与轮毂之间）
第三节
离合器发热量的校核
一 、滑磨功
第一阶段： 到 第一阶段：从0到t1。机械由静止到开始 移动，滑磨功L 移动，滑磨功 1为
L = ∫ M(t)ωe (t)dt 1
0
t1
第二阶段：从t1到t3 。从动轴角速度ωn 第二阶段： 从0增加至与主动摩擦元件的角速度ωe 相等，滑磨功L 相等，滑磨功 2为
2 2 R13 3 3 3 M = πµ q ( R 2 − R1 ) = πµ qR 2 (1 − 3 ) 3 3 R2 = 2 πµ qR 23 (1 − C 3 ) 3
由于减小C值对 的增大作用不明显 而且过小的C值还会导致摩擦片内外 由于减小 值对M的增大作用不明显，而且过小的 值还会导致摩擦片内外 值对 的增大作用不明显， 线速度差值加大，造成温升不一致和翘曲现象。通常，在结构允许的条件下， 线速度差值加大，造成温升不一致和翘曲现象。通常，在结构允许的条件下， 干式离合器一般为 般为0.55～0.68，湿式的为 取较大的C值；干式离合器一般为 ～ ，湿式的为0.71～0.83。 ～ 。
许用比压 摩擦副材料 干 钢 对 钢 铸铁对钢 式 湿 式 钢对钢丝石棉 钢对烧结金属 0.20~0.25 0.25~0.40 0.6~1.0 摩擦副材料 干 式 湿 式 0.20~0.40 2.0~2.5 0.10~0.25 0.40~0.60 许用比压
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 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， 般为飞轮直径的0.7～ 倍 般为飞轮直径的 ～0.8倍； 为了保证从动盘在离心力的作用下不至于破坏， 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 ～ m/s m/s。 最大圆周线速度，其值不应超过65～70m/s。 摩擦片的内径系数 C=R1 / R 2 ，所以
常接合式主离合器分离时需要操作， 常接合式主离合器分离时需要操作，接合时只要松开操 主离合器分离时需要操作 纵即可，可操纵机构设计为脚踏板， 纵即可，可操纵机构设计为脚踏板，驾驶员不用手便可进 行操作，比较方便。一般用在需要在行驶中换挡的机器。 行操作，比较方便。一般用在需要在行驶中换挡的机器。 非常接合式主离合器接合、分离都要用手操作， 非常接合式主离合器接合、分离都要用手操作，可以仅 主离合器接合 利用主离合器使机器较长时间的停车， 利用主离合器使机器较长时间的停车，必要时驾驶员可以 离开座椅操作。一般用在经常停车、起步、 离开座椅操作。一般用在经常停车、起步、倒退的履带推 土机上比较好。 土机上比较好。