2000年6月十堰职业技术学院学报June，2000第13卷第2期JournalofShiyanTechnicalInstituteV01．13No．2汽车离合器基本参数的优化设计王萌(十堰职业技术学院机it-r_程系，湖北十堰442000)[摘要]汽车矗舍嚣的基本参敖主要有矗舍嚣的后备系教p、摩擦面单位面积上的压力PO,摩擦片外径D争内径d等，这些参教的变化直接影响矗舍嚣．的结构尺寸争工作性能。本文采用优化设计方法来确定最佳的矗舍嚣基本参教，实例计算表明了谊方法的实用性。[关麓词]矗舍嚣l基本参教}优化设计[中圈分类号]U463．211[文献标识码]A[文章编号]1008—4738(2000)02—0046—04、’l●刖■■--置-一离合器是汽车底盘的重要部件，它直接与发动机相联系，用来切断和实现对传动系的动力传递，以保证在汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，使汽车平稳起步；在换档时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击，便于换挡；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；并可有效地降低传动系中的振动和噪声。设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数直接影响离合器的结构尺寸和工作性能。以往设计汽车离合器常采用经验或试凑的方法，很难获得最佳的离合器基本参数。为此本文采用优化设计方法来确定离合器基本参数。2离合器基本参数分析摩擦离合器靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩。根据摩擦定律，离合器的静摩擦力矩可表示为：T=fFZR(1)式中，T为静摩擦力矩(N·m)；f为摩擦表面间的静摩擦系数；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力(N)；R为摩擦片的平均摩擦半径(m)；Z为摩擦面数。假设摩擦片上压力均匀，则有：Rc一一丽D2+Dd+d2(2)r(D2-dz)F—p。A—p。~—(3)[来稿日期]2000—03—15[作者简介]王萌(1976一)，女，十堰职业技术学院机械工程系助教。一46一：．汽车离合器基本参数的优化设计J，t’-~式中，P。为摩擦面单位面积上的压力(N／m。)；A为一个摩擦面的面积(m)；D为摩__—●擦片外径(m)；d为摩擦片内径(m)。将式(2)、式(3)代入式(1)得：T=fZp。D。(1一c。)(4)上厶式中，c为摩擦片内外径之比，c=d／D。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时Tc应大于发动机最大转矩，即：T一一(5)式中，T一为发动机最大转矩(N·m)；p为离合器的后备系数，p>1。由以上分析可知，离合器的基本参数主要有性能参数p和P。、尺寸参数d和D。后备系数p反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度，是重要的离合器设计参数，各类汽车p的取值范围见表1。单位面积压力P。对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率大小、摩擦片尺寸、摩擦片材料、质量和后备系数等因素。根据摩擦片材料，P。按表2选取。表1各类汽车B的取值范围轿车和轻型货车p一1．2～1．75中型和重型货车p一1．5～2．25越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车p一1．8～4．0表2po的取值范围石棉基材料po一0．10～0．35MPa烧结金属材料P0-0．35～0．60MPa金属陶瓷材料po一0．70～1．50MPa当离合器结构型式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩T一已知，结合式(1)和式(5)，适当选取后备系数p和单位压力P。，即可估算出摩擦片尺寸。在同样外径D时，选用较小的内径d虽可增大摩擦面积，提高工作压紧力和传递转矩的能力，但会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外缘圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。3离合器基本参数的优化数学模型及方法3．1确定设计变量和目标函数后备系数p可由式(1)和式(5)确定，可以看出p取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。单位压力P。可由式(3)确定，P。也取决于F、D及d。因此，离合器基本参数的优化设计变量可选为：一47一十堰职业技术学院学报2000年第2期第13卷第2期X_-IxlX2X3]一IFDd](6)离合器基本参数优化设计追求的目标是在保证离合器性能要求条件下，使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为：F(x)=mlnl'T“(xz一x3。)]=mlnl,7“(D。一d。)](7)3．2确定约束条件(1)摩擦片的内外径之比C应在0．53～0．7范围内。则有：gl(X)一[一x3／x2