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摩擦离合器
作者:AG8    发布日期:2020-06-06 11:30


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  摩擦离合器是应用得最广也是历史最久的一类离合器,它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组点成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构,而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。

  摩擦离合器是船舶推进轴系的重要部件之一,它利用摩擦面之间的机械摩擦力,把扭矩由主动轴传到从动轴,并且根据工作需要可使主机与从动轴接合或脱离。通常,以非反转式发动机(高速柴油机)作为主机的各种功率的推进系统多采用摩擦离合器。近年来,在大功率中速柴油机单机或并车传动机组中,离合器也得到广泛应用。摩擦离合器的作用除传递动力外,还要在适当的时候使主动轴与从动轴接合或脱开,利于主机空载启动;多机并车时,通过它使部分机组工作;对非反转柴油机实现倒车和双速传动;微速航行。

  摩擦离合器一般位于发动机和齿轮箱之间,或与齿轮组合成具有离合、正倒车功能的齿轮箱总成,是发动机与轴系之间连接的主要部件。离合器的输出轴就是齿轮箱的输入轴。如果发动机和负载之间没有离合器,则发动机一启动,就会产生很大的惯性力,对发动机形成巨大的阻力矩,造成发动机转速急剧下降甚至熄火。若启动时有离合器,可先利用离合器将发动机与齿轮箱分离,然后在加大油门的同时与离合器逐步接合,经过离合器传动的扭矩逐步增加,船舶的推进力也逐步增加,当推进力大于行驶阻力时,船舶就由静止状态开始运动并逐步加速,因而保证船舶的平稳起航是离合器的主要功能之一。离合器的另一个功能是保证工况切换平稳。当紧急制动时如果没有离合器,巨大的惯性力会使传动系统超负荷工作,不仅影响传动装置甚至会破坏发动机零部件。此外,离合器和齿轮的组合可使传动装置具有倒车功能。

  发动机飞轮是离合器的主动件,带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴(即变速器的主动轴)相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上,再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大,则离合器所能传递的转矩也越大。

  由于汽车在行驶过程中,需经常保持动力传递,而中断传动只是暂时的需要,因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时,只要踩下离合器操纵机构中的踏板,套在从动盘毂的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动,而与飞轮分离,摩擦力消失,从而中断了动力的传递。

  当需要重新恢复动力传递时,为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳,应该适当控制离合器踏板回升的速度,使从动盘在压紧弹簧压力作用下,向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加,相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密,二者之间摩擦力矩比较小时,二者可以不同步旋转,即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大,二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时,汽车速度方能与发动机转速成正比。

  摩擦离合器所能传出的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩,而后者又由摩擦面间最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说,静摩擦力矩是一个定值,输入转矩一达到此值,离合器就会打滑,因而限制了传动系所受转矩,防止超载。

  先是在保证传动发动机最大转矩的前提下,满足两个基本性能要求,即分离彻底和接合柔和;

  其次,离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。如果这个转动惯量大的话,当换档时,虽然由于分离了离合器,使发动机与变速器之间联系脱开,但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器,其效果相当于分离不彻底,就不能很好地起到减轻轮齿间冲击地作用。

  此外,还要求离合器散热良好。因为在汽车行驶过程中,驾驶员操纵离合器地次数是很多的,这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量地热。离合器接合愈柔和,产生地热量愈大,这些热量如不及时散出,对离合地工作将产生严重地影响。

  离合器的主动部分包括飞轮、离合器盖和压盘。飞轮用螺栓和曲轴固定在一起,离合器盖通过螺钉固定在飞轮后端面上,压盘边缘的凸台伸入离合器盖上相应的窗口并可沿窗口轴向移动,这样,只要曲轴旋转,发动机发出的动力便可经飞轮、离合器盖传至压盘,使它们一起旋转。

  单盘摩擦离合器是由两个摩擦盘组成的,一个摩擦盘固定在主动轴上,另一个摩擦盘通过导向平键与从动轴构成动连接。操纵滑环,可使从动轴上的摩擦盘作轴向移动,以实现两摩擦盘的接合和分离。单盘摩擦离合器结构简单,但传递的转矩较小,故实际生产中常采用多盘摩擦离合器。

  摩擦件为圆盘,分单盘和多盘两种,并有干式和湿式之分。单盘式结构简单,只有一对摩擦面,从动部分惯量很小,散热性好,调整方便,分离彻底,但所能传递的扭矩小,一般不超过1000牛.米。多盘式有多对摩擦面,传递的扭矩可达8×106牛.米。如要求传递大扭矩,可增加摩擦面对数,而不必增大离合器的径向尺寸和轴向压紧力,这有利于降低离合器的转动惯量。多盘式结构紧凑,可采用不同材料的摩擦面,便于制造、安装和调整,允许在变速下接合,应用广泛;但摩擦面对数过多会影响离合灵活性,甚至卸去压紧力后,主、从摩擦件仍不能彻底脱开,造成摩擦面的过量磨损。通常干式摩擦面应少于15对,湿式应少于30对。湿式摩擦离合器的摩擦件浸在油中工作,常为多盘式,比干式磨损小,散热好,温升低,寿命长,所能传递的扭矩大。

  摩擦件为截锥体,分单锥和双锥两种。这种离合器结构简单,接合平稳,分离彻底;能产生较大的摩擦力,摩擦面磨损后一般不需人工调整,由于单锥式只有一对圆锥摩擦面,双锥式也只有两对摩擦面,如要传递大扭矩必须增大锥体的径向尺寸。减小锥角可增加摩擦力,但内外锥面不易分离。通常,摩擦面材料为金属-金属时,锥顶半角应不小于7°;为皮革-金属时,应不小于12°。

  摩擦件是摩擦离合器的主要组成元件,其工作表面材料的物理性质和机械性能直接影响离合器的工作性能。对材料的主要要求是:摩擦系数大而且稳定,动摩擦系数应尽量与静摩擦系数相近;强度高,能承受冲击,高速时不易破裂和剥落;耐磨、耐高温、耐腐蚀和导热性能好,热变形小;长期静置时应不致黏连。此外,还要求使用寿命长,容易加工和价廉等。常用的摩擦面材料有粉末冶金材料、石棉基材料和纸基材料。粉末冶金材料:表面许用温度、许用压力、高温下摩擦系数和寿命都较高。铜基粉末冶金材料主要用于湿式摩擦面,铁基粉末冶金材料摩擦系数和许用压力都较铜基为高,但耐磨性较低,多用于干式摩擦面。石棉基材料:用石棉加黏结剂和填料模压而成,固结在钢或铁底板上,许用工作温度较低。纸基材料:用石棉、植物纤维或两者的混合物相互交织,再加填料后由树脂等黏结而成。这种材料具有多孔性,摩擦性能好,动、静摩擦系数相近,而且成本较低。

  从动部分:带有扭转减振器的从动盘组件(从动轮毂、从动盘本体、摩擦片);

  操纵机构:分离杠杆、带分离轴承的分离套筒和分离叉(位于离合器内部的部分)

  注意:离合器工作时分离套筒并不转动,而分离杠杆则随离合器壳和压盘转动的。为避免二者之间的直接摩擦,设置推力式或径向推力式分离轴承(withdrawal bearing)。

  飞轮→离合器盖→传动片+正压力→压盘→摩擦片→从动盘本体→从动盘本体→扭转减振器→从动盘轮毂→一轴;

  操纵机构:[ 踏板→踏板臂→拉杆→分离拉杆→分离叉臂→分离叉→分离套筒 静止部分 ]→[分离轴承→分离杠杆 运动部分 ]→压盘

  若分离杠杆的外端与压盘也用简单铰链,则分离杠杆外端只能随压盘作直线运动;

  为消除这一运动干涉现象,东风EQ1090E型汽车离合器的分离杠杆支点采取了浮动销;与压盘之间采取了刀口支承。

  调整螺母23用以保证四个分离杠杆的内端位于平行与飞轮端面的同一平面上。

  当离合器处于正常接合状态,分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时,在分离轴承和分离杠杆内端(膜片弹簧分离指)之间应保留有一定量的间隙(3~4mm),以保证摩擦片在正常磨损范围内离合器仍能完全接合,为消除这一间隙所需的离合器踏板行程(30~40mm),称为离合器自由行程。

  摩擦片磨损后压盘将会朝飞轮方向移动,这样膜片簧分离指或螺旋弹簧的分离杠杆将退近分离轴承,使自由间隙变小。一旦膜片弹簧分离指或螺旋弹簧的分离杠杆完全顶上了分离轴承,则弹簧的压力就不能完全起作用,离合器就会打滑。

  常同珍,陈建华主编;江舸,李予杰,李洪亮副主编,汽车发动机底盘构造及原理,北京理工大学出版社,2013.01

  邓子龙,葛汉林主编;刘峰,高兴军,丛家慧等参编,机械设计基础,机械工业出版社,2013.05

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