雙離合器變速器DSG雙離合器的總成設(shè)計(jì)

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1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 雙離合器變速器DSG雙離合器的總成設(shè)計(jì) 燕 山 大 學(xué) 2012年6月 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 雙離合器變速器DSG雙離合器總成設(shè)計(jì) 學(xué)院（系）： 里仁學(xué)院 專 業(yè)：\班 學(xué)生 姓名：

2、 學(xué) 號(hào)： \0116 指導(dǎo) 教師： 邸立明 講師 答辯 日期： 2012年6月17日 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 學(xué)院： 里仁學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位： 機(jī)械工程系 \ 08\\\\\7 學(xué)生 姓名 \ 專 業(yè) 班 級(jí) 0\1班 題 目 題目名稱

3、 雙離合器變速器DSG雙離合器總成設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （√ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ） 2.管理類（ ）；3.外語類（ ）；4.藝術(shù)類（ ） 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ ） 自選題目（√） 主 要 內(nèi) 容 (1)調(diào)查研究雙離合器變速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢； (2)確定所研究雙離合器變速器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行計(jì)算分析； (3)針對(duì)性進(jìn)行三維建模軟件SolidWorks

4、的學(xué)習(xí)； (4)考慮材料和制造工藝建立三維模型； (5)繪制工程圖和輸出效果圖。 基 本 要 求 完成工作量: (1)制圖折合成A0圖紙不少于3張，要求計(jì)算機(jī)出圖不少于2張； (2)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書字?jǐn)?shù)不少于2萬字； (3)查閱文獻(xiàn)15篇以上，翻譯與課題有關(guān)的外文資料不少于3千字。 設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)出符合功能要求的雙離合器變速器部件，并進(jìn)行三維模型的構(gòu)建 參 考 資 料 1、郗沭平等.汽車電控技術(shù)簡明教程.北京理工大學(xué)出版社，北京: 2006. 2、《汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)》編纂委員會(huì). 汽車設(shè)計(jì)手冊(cè)（發(fā)動(dòng)機(jī)·附件卷）.長春：長春汽車研究所,1998. 3、陳家瑞主編.汽

5、車構(gòu)造，機(jī)械工業(yè)出版社，2005. 4、汽車工程手冊(cè).北京：人民交通出版社，2001. 周 次 第1～4周 第5 ～8周 第9 ～12周 第13～16周 第17～18周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 調(diào)研和查找資料，閱讀參考資料，了解相關(guān)結(jié)構(gòu)，完成外文翻譯，完成開題報(bào)告。 根據(jù)選定自動(dòng)變速器型號(hào)特點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，確定尺寸。 進(jìn)行模型建立，并完成設(shè)計(jì)工作量2張A0圖紙。 完成設(shè)計(jì)工作量1張A0圖紙和效果圖，撰寫畢業(yè)論文。 答辯。 指導(dǎo)教師：邸立明 職稱： 講師 2011年12月25日 系級(jí)教學(xué)單位審批：

6、 年 月 日 摘要 摘要 雙離合器自動(dòng)變速器(DCT)是繼液力機(jī)械式自動(dòng)變速器(AT)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)和無極自動(dòng)變速器(CVT)之后的又一種新型的自動(dòng)變速器。它是基于手動(dòng)變速器而來的，既可以充分利用電控和機(jī)械式自動(dòng)變速器所具有的優(yōu)點(diǎn)，而且具有良好的起步換檔和燃油經(jīng)濟(jì)性能。雙離合器自動(dòng)變速器(DCT)是目前車輛變速器領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，研究雙離合器自動(dòng)變速器的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙離合器自動(dòng)變速器，掌握其核心技術(shù)，對(duì)促進(jìn)我國汽車工業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文從雙離合器自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)出發(fā)，全面系統(tǒng)的了解它的結(jié)構(gòu)和工作原理，以大

7、眾邁騰為搭載平臺(tái)，根據(jù)其傳動(dòng)系統(tǒng)性能參數(shù)確定濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)方案和總體尺寸，完成濕式雙離合器的基本參數(shù)計(jì)算和膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算，并建立三維模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 關(guān)鍵詞： 雙離合器變速器；濕式雙離合器；三維模型；裝配 I 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） Abstract The Dual Clutch Transmission(DCT) is another new type of Automated Transmission after Automatic Transmission(AT

8、), Automated Mechanical Transmission(AMT), Continuously Variable Transmission(CVT). It is based on manual transmission, and can make full use of electronic and mechanical automatic transmission has advantages, and has a good start shift and fuel economy performance. Dual clutch automatic transmissio

9、n (DCT) is the focus of attention of the vehicle transmission field, the double clutch of automatic transmission key technology, developing with independent intellectual property rights of the dual clutch automatic transmission, to master its core technology, to promote the development of domestic a

10、utomotive industry and technical progress has very important practica significance. This article from the dual clutch based on the structure of the automatic transmission, comprehensive understanding of the system of the structure and working principle of it, to the public who pick up platform for

11、McLaren, according to its transmission system performance parameters, the wet double clutch structure scheme and the overall size, complete the wet double clutch basic parameter calculation and diaphragm spring design calculation, and a 3 d model, and the simulation, eliminate interference, the stru

12、cture is optimized. Keywords: Dual Clutch Automated Transmission, Wet Dual Clutch, Three dimensional model,samulatio III 目錄 1 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 自動(dòng)變速器的簡介 1 1.2 雙離合自動(dòng)變速器的簡介 1 1.2.1 雙離合變速器的結(jié)構(gòu) 1 1.2.2 雙離合器變速器的工作原理 2 1.3 國內(nèi)外的研究概況 3 1.4 本課題研

13、究的目的意義和研究的主要內(nèi)容 4 1.5 雙離合器的簡介 5 第2章 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)方法 7 2.1 濕式雙離合器的概述 7 2.1.1 濕式雙離合器的作用 7 2.1.2 濕式雙離合器的基本要求 8 2.2 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 8 2.2.1 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)布置形式 8 2.2.2 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 9 2.2.3 活塞缸的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 9 2.2.4 摩擦片的回位結(jié)構(gòu) 10 2.2.5 油路和密封圈的布置 11 2.3 濕式雙離合器的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法 11 2.3.1 摩擦副材料和摩擦系數(shù)的選擇 11 2.3.2 離合器后備系數(shù)

14、的選擇 12 2.3.3 摩擦片內(nèi)外半徑之比αm的選擇 13 2.3.4 表面接觸系數(shù)和允許比壓的選擇 14 2.3.5 摩擦副數(shù)Z的選擇 14 2.3.6內(nèi)外離合器的內(nèi)外半徑的計(jì)算 14 2.3.7 摩擦片和鋼片的厚度選擇 15 2.3.8離合器主要參數(shù)的校核 15 2.4 本章小結(jié) 16 第3章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 3.1 膜片彈簧的基本特性 17 3.2 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 19 3.3 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算 20 3.4 膜片彈簧材料及制造工藝 22 3.5 本章小結(jié) 23 第4章 雙離合器建模及裝配 25 4.1 摩擦片及鋼片建模 25 4

15、.1.1 離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足的要求： 25 4.2 膜片彈簧的建模 26 4.3 壓盤的建模 28 4.4 活塞的建模 29 4.5 彈簧座建模 29 4.6 彈簧建模 29 4.7 裝配 29 4.8 本章小結(jié) 30 結(jié)論 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 34 附錄1 35 附錄2 41 附錄3 47 5 章1章 緒論 第1章 緒論 1.1 自動(dòng)變速器的簡介 自動(dòng)變速器，泛指能進(jìn)行自動(dòng)換擋的變速器，包括液力機(jī)械式自動(dòng)變速器(AT)、電控機(jī)械式自動(dòng)變速器(AMT)和無

16、極自動(dòng)變速器(CVT)以及近年發(fā)展的雙離合自動(dòng)變速器(DCT)。液力機(jī)械式自動(dòng)變速器是通過液力變矩器來實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系之間的柔性連接和傳動(dòng)，使得汽車起步平穩(wěn)，加速均勻，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。電控機(jī)械式自動(dòng)變速器是在手動(dòng)機(jī)械式變速器的基礎(chǔ)上，用液壓和控制系統(tǒng)操縱，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速的[1]。無極自動(dòng)變速器采用傳動(dòng)帶和可變槽寬的棘輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，當(dāng)棘輪變化槽寬時(shí)，相應(yīng)改變驅(qū)動(dòng)輪與從動(dòng)輪上傳動(dòng)帶的接觸半徑進(jìn)行變速，能實(shí)現(xiàn)真正的無級(jí)變速。而雙離合自動(dòng)變速器是近年出現(xiàn)的一種機(jī)械式自動(dòng)變速器，它充分利用電控和機(jī)械式自動(dòng)變速器的優(yōu)點(diǎn)，消除其中斷動(dòng)力換擋的缺點(diǎn)，通過兩套變速器和兩套離合器來實(shí)現(xiàn)擋位的變換，D

17、CT不但能夠保證車輛的動(dòng)力性和燃油經(jīng)濟(jì)性，而且極大地改善了駕乘舒適性[2~5]。它是目前車輛變速器領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)，研究雙離合器自動(dòng)變速器的關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雙離合器自動(dòng)變速器，掌握其核心技術(shù)，對(duì)促進(jìn)我國汽車工業(yè)的發(fā)展與技術(shù)進(jìn)步具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 1.2 雙離合自動(dòng)變速器的簡介 1.2.1 雙離合變速器的結(jié)構(gòu) 圖1-1 雙離合變速器簡圖 汽車的駕乘舒適性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放物控制等各項(xiàng)性能指標(biāo)的提高不僅取決于發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，作為動(dòng)力傳輸單元的變速器也起著至關(guān)重要的作用[6]。雙離合變速器(DSG)是德國大眾汽車公司近年推出的一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特的自動(dòng)變速器。這種變速

18、器有兩個(gè)離合器、兩根輸入軸和兩根輸出軸，可以說是兩套FF變速器疊加在一起。圖1-1是雙離合變速器的簡圖。發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力從右側(cè)的飛輪傳入，帶動(dòng)多片離合器的驅(qū)動(dòng)盤，動(dòng)力又由驅(qū)動(dòng)盤分別傳給第一或第二從動(dòng)盤。與第一、第二從動(dòng)盤對(duì)應(yīng)相連的是變速器的第一、第二輸入軸(第一輸入軸穿過空心的第二輸入軸內(nèi)部)，它們都可帶動(dòng)第一、第二兩根輸出軸。動(dòng)力通過兩根輸出軸右側(cè)的小齒輪傳給主減速器。 1.2.2 雙離合器變速器的工作原理 雙離合器自動(dòng)變速器基于手動(dòng)變速器基發(fā)展而來的[7]，它與手動(dòng)變速器所不同的是DCT中的兩幅離合器和兩根輸入軸相連換擋和分離結(jié)合操作都是通過一集成電子和液壓元件的機(jī)械電子模塊來實(shí)現(xiàn)而不再通

19、過離合器踏板操作[8]。 雙離合變速器的擋位是按1，3，5擋和2，4，6，倒擋分開布置的。1，3，5擋與離合器的1聯(lián)結(jié)在一起，而2，4，6，倒擋與離合器2聯(lián)結(jié)在一起。離合器1的輸出軸為變速器的輸入軸IT1，是一根實(shí)心軸，離合器2的輸出軸為變速器的輸入軸IT2，是一根套在輸入軸IT1外的空心軸，而且兩根軸是同心的。 當(dāng)車輛處于停車狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)離合器都是常開式的，即在停車狀態(tài)時(shí)兩個(gè)離合器都是處于分離狀態(tài)的，不能傳遞動(dòng)力的。當(dāng)車輛起步時(shí)，因?yàn)殡x合器1是分離的，自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)將擋位換到一擋，然后離合器1結(jié)合。車輛開始起步運(yùn)行，當(dāng)車輛進(jìn)入1擋運(yùn)行后，由于離合器2是處于分離狀態(tài)的，此時(shí)不能傳遞動(dòng)力，當(dāng)車

20、輛加速到接近二擋的換擋點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)可以提前將檔位換到二擋，離合器1開始分離，同時(shí)離合器2開始結(jié)合，兩個(gè)離合器交替接換，直到離合器1完全分離，離合器2完全結(jié)合，換擋工作完成，車輛進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)[9]。 下面就其換擋過程進(jìn)行說明： 假如車輛現(xiàn)在正以三擋運(yùn)行，離合器1結(jié)合，三擋處于正常的傳遞動(dòng)力階段。自動(dòng)變速器的控制單元會(huì)根據(jù)傳感器的信號(hào)獲取車輛所處的當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而判斷車輛即將進(jìn)入的擋位，如果車輛加速則下一個(gè)擋位為四擋，如果車輛減速則下一個(gè)擋位為二擋。 電控單元根據(jù)其判斷下一個(gè)擋位為四擋，而四擋聯(lián)接在離合器2上，此時(shí)離合器2是分離的，它不傳遞動(dòng)力，固可通過指令使自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)預(yù)先

21、進(jìn)入下一個(gè)擋位偶數(shù)擋，其動(dòng)力仍是三擋在傳遞扭矩。 當(dāng)車輛的運(yùn)行狀態(tài)到達(dá)換偶數(shù)擋點(diǎn)時(shí)，正在工作的離合器1逐漸分離，同時(shí)離合器2逐漸結(jié)合，這兩個(gè)離合器均處于扭矩傳遞階段，這其中最重要的就是這兩個(gè)離合器的動(dòng)力切換時(shí)序精確控制與切換時(shí)機(jī)的配合。此時(shí)三擋與四擋共同傳遞扭矩。 當(dāng)兩個(gè)離合器的動(dòng)力切換完成之后，離合器2完全分離，離合器1完全結(jié)合，整個(gè)動(dòng)力傳遞由離合器1完成，故四擋處于傳遞扭矩階段，而三擋不在傳遞扭矩，但其擋位還沒摘除。 完成動(dòng)力切換后，自動(dòng)換擋系統(tǒng)會(huì)給出指令使其擋位摘除，摘擋后處于空擋狀態(tài)。此時(shí)，四擋處于正常傳遞扭矩階段。 車輛繼續(xù)運(yùn)行，其它擋位的轉(zhuǎn)換過程是類似的。但是當(dāng)由五擋切換到

22、一擋時(shí)，擋位必須先從五擋切換到偶數(shù)擋，再由偶數(shù)擋切換到一擋；當(dāng)由六擋切換都二擋時(shí)，擋位必須先從六擋切換到奇數(shù)擋，由奇數(shù)擋再切換到二擋?？傊?，換擋過程必須是奇數(shù)擋與偶數(shù)擋的切換。雙離合變速器的換擋過程大概如此，具體的還要根據(jù)道路狀況和運(yùn)行的工況來決定。 1.3 國內(nèi)外的研究概況 國外對(duì)于雙離合變速器的研究比較早。1940年，Darmstadt大學(xué)教授Rudolph franke第一個(gè)申請(qǐng)了DCT專利，該變速器曾經(jīng)在卡車上試驗(yàn)過，但當(dāng)時(shí)這種變速器還處于雛形，。隨后保時(shí)捷也發(fā)明了專用于賽車的雙離合變速器PDK。然而，在那個(gè)時(shí)代，未能成功將DCT技術(shù)投入批量生產(chǎn)[10]。到了20世紀(jì)90年代末期，

23、大眾公司和博格華納攜手合作生產(chǎn)第一個(gè)適用于大批量生產(chǎn)和應(yīng)用于主流車型的DCT。2002年，DCT應(yīng)用在德國大眾高爾夫R32和奧迪TT上。到了2003年，其相繼推廣到高爾夫的其它車型上。2005年，Andreas Hegerath,Bergheim為雙輸入軸變速器發(fā)明了一種軸向平行式濕式雙離合器[11]。2006年，搭載DCT的大眾車型已累計(jì)達(dá)到70萬輛。目前，DCT主要應(yīng)用于扭矩在350Nm左右的中級(jí)轎車上，現(xiàn)在正準(zhǔn)備向扭矩在150Nm左右的小型車發(fā)展[12]。 我國對(duì)于雙離合器變速器的研究相對(duì)外國來講是比較晚，比較少，比較片面的。2002年，牛銘奎、金倫在導(dǎo)師葛安林教授的指導(dǎo)下對(duì)雙離合自動(dòng)

24、變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了分析，并對(duì)其換擋特性和控制規(guī)律進(jìn)行了研究[1][13]。2005年，荊崇波，苑士華，郭曉林對(duì)雙離合器自動(dòng)變速器的結(jié)構(gòu)、工作原理、工作特性以及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析[14]。2005年，劉振軍，秦大同，葉明等對(duì)雙離合器自動(dòng)變速傳動(dòng)系統(tǒng)的換擋控制、離合器控制等關(guān)鍵控制問題進(jìn)行了分析[15]。2006年，國家將雙離合器自動(dòng)變速器列為“十一五”國家863計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行研究，按照國家產(chǎn)學(xué)研一體化的方針政策，浙江吉利控股集團(tuán)有限公司、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)有限公司、重慶青山工業(yè)有限責(zé)任公司等積極與國內(nèi)知名高校以及一些知名企業(yè)攜手合作，投入了相當(dāng)?shù)娜肆Α⑽锪拓?cái)力，其研發(fā)隊(duì)伍越來越大。

25、從此，雙離合器變速器在國內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。 1.4 本課題研究的目的意義和研究的主要內(nèi)容 目前，隨著車輛自動(dòng)化的快速發(fā)展，汽車自動(dòng)變速器正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的趨勢，人們的生活水平逐漸的提高，對(duì)汽車的質(zhì)量和性能也提出了更高的要求，而且由于石油能源的日益緊缺，人們?cè)谧非筚|(zhì)量和性能的同時(shí)也追求高的燃油經(jīng)濟(jì)性。DCT是一項(xiàng)新的技術(shù)，它綜合了液力機(jī)械自動(dòng)變速器(AT)和電控機(jī)械變速器(AMT)的優(yōu)點(diǎn)，傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)簡單，操作便利，無動(dòng)力中斷且能較好的與柴油發(fā)動(dòng)機(jī)匹配，不僅保證了車輛的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，而且改善了車輛運(yùn)行的舒適性。研究表明，雙離合變速器比手動(dòng)變速器可節(jié)油10%。 我國是以平行軸式變速器生

26、產(chǎn)為主的國家，生產(chǎn)雙離合變速器可以充分利用手動(dòng)變速器的生產(chǎn)設(shè)備，只需增加少量的生產(chǎn)設(shè)備即可，這樣就大大的節(jié)省了成本，因此，發(fā)展和研究雙離合器變速器是我國實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新的一個(gè)重要方向。 雖然國外已經(jīng)把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到許多車型上，但是國內(nèi)的研究才剛剛起步。本課題在國外的研究基礎(chǔ)上，旨在通過對(duì)雙離合器變速器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，制定出一套關(guān)于雙離合器的設(shè)計(jì)方法，并確定出雙離合器的各個(gè)尺寸，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真。 1.5 雙離合器的簡介 (a) 干式雙離合器 (b) 濕式雙離合器 圖1-2 雙離合器的結(jié)構(gòu)形式 雙離合器作為DCT的重要部

27、件之一，它的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順的結(jié)合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到較大的動(dòng)載荷時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系各零部件因過載而損壞；有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)與噪聲。目前，雙離合器通常采用的是干式單片或濕式多片兩種結(jié)構(gòu)型式。 (1) 干式單片離合器具有從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便，分離徹底，轉(zhuǎn)矩過載保護(hù)，效率高，成本較低，不需輔助動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。干式離合器通過壓板和飛輪吸收大量熱量，對(duì)滑磨時(shí)產(chǎn)生熱量的速度不敏感，但空氣散熱比較慢，熱量不易在短時(shí)間內(nèi)散

28、發(fā)出去，因此它受滑磨產(chǎn)生的總熱量的限制。干式離合器適合在短時(shí)間內(nèi)接合，這樣滑磨時(shí)間短，產(chǎn)生熱量少。 (2) 濕式離合器有較好的可控性和控制品質(zhì)，結(jié)構(gòu)比較單一，具有壓力分布均勻，磨損小且均勻，傳遞扭矩容量大，不用專門調(diào)整摩擦片間隙等特點(diǎn)。由于它用液壓油強(qiáng)制冷卻，允許起步時(shí)較長時(shí)間地打滑和高擋起步而不會(huì)燒損襯面，壽命可達(dá)干式離合器的5~6倍，廣泛用于現(xiàn)代汽車自動(dòng)變速器的離合器上。但處于分離狀態(tài)的多片式離合器的主、從動(dòng)摩擦片之間因經(jīng)過潤滑油相互滑轉(zhuǎn)，產(chǎn)生較大的摩擦阻力，使變速器的傳動(dòng)效率相應(yīng)降低。

29、 章2章 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)方法 第2章 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)方法 2.1 濕式雙離合器的概述 濕式雙離合器按摩擦元件的結(jié)構(gòu)可分為片式、錐式和帶式；其中片式離合器按摩擦片的數(shù)量又可分為單、雙、多片[16]。目前一般使用濕式多片雙離合器，本章將主要研究它的結(jié)構(gòu)和尺寸設(shè)計(jì)方法。 2.1.1 濕式雙離合器的作用 濕式雙離合器應(yīng)用于有兩根輸入軸的自動(dòng)變速器中，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速器的換擋功能。濕式雙離合器一端與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，一端與變速器的輸入軸相連，是濕式雙離合自動(dòng)變速器的重要部件之一。它擔(dān)負(fù)著起步控制、傳遞動(dòng)力、換檔切

30、換、減振和防止系統(tǒng)過載等重要作用。 1． 起步控制 濕式雙離合器的首要功能是控制汽車的起步過程，使汽車能平穩(wěn)的起步。濕式雙離合自動(dòng)變速器有兩個(gè)濕式離合器，其主動(dòng)部分通過法蘭與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸相連，從動(dòng)部分通過法蘭與變速器的兩根輸入軸相連。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連的濕式離合器做圓周運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)兩個(gè)離合器是處于分離狀態(tài)的，汽車靜止。等到同步器掛一擋時(shí)，壓盤推動(dòng)離合器1的摩擦片，使離合器1的摩擦片與鋼片相互摩擦，以此來傳遞動(dòng)力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過傳動(dòng)系傳遞給驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)矩逐漸增加到牽引力足以克服起動(dòng)阻力時(shí)，汽車即從靜止開始運(yùn)動(dòng)。由此，濕式雙離合器控制了汽車的起步過程，使汽車能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)起步。 2．傳

31、遞動(dòng)力 濕式雙離合器的第二個(gè)功用就是傳遞動(dòng)力。濕式雙離合器的最大優(yōu)點(diǎn)就是能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力的不間斷傳遞。濕式雙離合器與只有一個(gè)離合器的最大區(qū)別就是輪流的傳遞動(dòng)力。當(dāng)汽車掛1，3，5，倒擋時(shí)，離合器1是結(jié)合的，離合器2是分離的；當(dāng)汽車掛2，4，6擋時(shí)，離合器2是結(jié)合的，離合器1是分離的。兩個(gè)濕式離合器通過離合器C1滑摩；離合器C1接合；離合器C1、C2同時(shí)滑摩；離合器C1分離，離合器C2接合；離合器C1、C2同時(shí)滑摩；離合器C1接合，離合器C2分離這樣的一個(gè)循環(huán)過程來不間斷地將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到變速器上。 3．換擋切換 濕式雙離合器最大的特性就是兩個(gè)濕式離合器交替切換，在換檔的過程中通過提前換檔

32、和兩個(gè)濕式離合器的滑摩實(shí)現(xiàn)汽車的動(dòng)力換檔。 4．減振和防止系統(tǒng)過載 濕式雙離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸通過扭轉(zhuǎn)減振器聯(lián)結(jié)，這避免了離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的剛性連接，有效的衰減了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與離合器接合時(shí)的沖擊。摩擦片之間的滑摩也能衰減離合器結(jié)合時(shí)的沖擊，當(dāng)傳遞到離合器上的阻力大于摩擦片之間的摩擦力時(shí)，摩擦片之間就會(huì)產(chǎn)生滑摩，這樣能有效的防止系統(tǒng)過載。 2.1.2 濕式雙離合器的基本要求 (1) 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止傳動(dòng)系過載。 (2) 結(jié)合時(shí)要完全，平穩(wěn)，柔和，保證汽車起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。 (3) 滑磨過程中有良好的潤滑和冷卻[17]。

33、 (4) 油缸供油簡單方便[17]。 (5) 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減少同步器的磨損。 (6) 應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和降低噪聲的能力。 (7) 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過高，延長其使用壽命。 2.2 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法 2.2.1 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)布置形式 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)布置形式主要有軸向平行式和徑向嵌套式兩種，其結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示： a)—軸向平行式 (b)—徑向嵌套式 圖2-1 濕式雙離合器的結(jié)構(gòu)布置形式 軸向

34、平行式濕式雙離合器具有較高轉(zhuǎn)矩能力，結(jié)構(gòu)緊湊，其徑向尺寸較小，但軸向尺寸較大。所以軸向平行式濕式雙離合器一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置，后輪驅(qū)動(dòng)或四輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。 徑向嵌套式濕式雙離合器的兩個(gè)濕式離合器徑向平行布置，內(nèi)離合器嵌套在外離合器環(huán)形摩擦片組內(nèi)，兩個(gè)濕式離合器的徑向尺寸相差很大，外離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力比內(nèi)離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大得多。由于徑向嵌套式濕式雙離合器的徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，所以可通過增加摩擦片數(shù)來減小其徑向尺寸。徑向嵌套式濕式雙離合器一般用于發(fā)動(dòng)機(jī)前置，前輪驅(qū)動(dòng)的汽車上。 受汽車結(jié)構(gòu)和路面情況的影響，濕式離合器的徑向尺寸不可能很大，所以徑向嵌套式雙離合器傳遞的最大扭矩有一定的限

35、制。由于汽車一般是掛一擋起動(dòng)和爬坡，一擋是與離合器1相連的，故它適用于在起步和爬坡時(shí)需較大扭矩，但是在換擋時(shí)需要較小扭矩的汽車上。 2.2.2 壓盤的驅(qū)動(dòng)方式 濕式雙離合器的壓盤一般采用活塞驅(qū)動(dòng)壓盤的驅(qū)動(dòng)方式，即液壓缸通過充油和增壓推動(dòng)活塞軸向移動(dòng)，活塞再推動(dòng)壓盤軸向移動(dòng)。這種驅(qū)動(dòng)方式的好處是能自動(dòng)補(bǔ)償壓盤與壓盤和壓盤與摩擦片之間的間隙，當(dāng)摩擦元件磨損后也能由相應(yīng)活塞的行程自行補(bǔ)償。 2.2.3 活塞缸的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 濕式離合器可分為柱塞式，活塞式，隔膜式三種形式，濕式雙離合器一般都屬于活塞式。濕式離合器的活塞缸按照活塞缸是否隨離合器旋轉(zhuǎn)，可分為缸體旋轉(zhuǎn)式和缸體固定式[17]。但

36、剛體固定式的活塞缸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安裝也比較困難，所以一般選用缸體旋轉(zhuǎn)式的。 活塞缸是固定在離合器轂上并和離合器轂一起繞離合器中心高速旋轉(zhuǎn)的，為了避免活塞缸隨離合器轂的旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心力，活塞缸的結(jié)構(gòu)最好是環(huán)形圓柱，環(huán)形圓柱的內(nèi)側(cè)與離合器轂連接，液壓油通過離合器轂中的油路和環(huán)形圓柱內(nèi)壁中的油孔流到活塞缸中?；钊淄鈿づc活塞共同形成活塞缸，活塞在活塞缸中根據(jù)油量和油壓的變化自行作軸向移動(dòng)。 2.2.4 摩擦片的回位結(jié)構(gòu) 濕式雙離合器通過活塞推動(dòng)壓盤運(yùn)動(dòng)，汽車在換擋時(shí)，液壓缸中的油壓緩慢減小，并且由于離心力的影響，摩擦片不能回到原來的位置，為了使摩擦片能回到原來的位置，必須使用回位裝置。 濕式

37、雙離合器回位裝置的布置和結(jié)構(gòu)都比較簡單。從布置形式上看，主要安裝在驅(qū)動(dòng)在油缸相對(duì)于活塞的另一側(cè)。 圖2-2 離合器1工作 圖2-3 離合器2工作 如圖2-2和圖2-3所示，膜片彈簧和螺旋彈簧都是回位裝置。 2.2.5 油路和密封圈的布置 濕式雙離合器摩擦片的結(jié)合、潤滑和冷卻都需要液壓油的驅(qū)動(dòng)，所以， 在濕式雙離合器中，油路和密封圈的布置非常重要。濕式雙離合器中的油路主要布置在離合器軸和離合器轂中。 2.3 濕式雙離合器的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法 2.3.1 摩擦副材料和摩擦系數(shù)的選擇 2.3.1.1 摩擦副材料的選擇 濕式雙離合器在起步和換擋時(shí)的滑磨時(shí)間比較長，會(huì)有大

38、量的熱量產(chǎn)生，如果這些熱量不及時(shí)的散掉會(huì)增加摩擦片的溫度，影響離合器的結(jié)合效果甚至損壞摩擦片，所以所選的摩擦副材料必須有較好的耐熱性和導(dǎo)熱性。 濕式離合器在工作的過程中需要傳遞足夠大的扭矩，因此摩擦副材料必須能承受較大的剪切力。濕式雙離合器的摩擦系數(shù)比較低，摩擦表面的壓力可增大10倍，固摩擦材料必須能承受較大的工作壓力。 車輛液力傳動(dòng)應(yīng)用的離合器摩擦副(又稱摩擦對(duì)偶)可分為兩大類，第一類是金屬型的，它與鋼片對(duì)偶的摩擦襯面材料具有金屬性質(zhì)，如鋼對(duì)鋼，鋼對(duì)青銅(或黃銅)，鋼對(duì)粉末冶金等。第二類是非金屬型的，它的摩擦襯面材料具有非金屬性質(zhì)，如石棉－樹脂，紙，石墨－樹脂，塑料合成物等，它們的對(duì)偶可

39、用鋼和鑄鐵[17]。 在金屬型摩擦材料中，銅基粉末冶金材料在液力傳動(dòng)變速箱中獲得廣泛應(yīng)用，它與其他的金屬材料相比，其具有較高的摩擦系數(shù)；摩擦系數(shù)隨溫度的變化很小，在高溫下耐磨性好，使用壽命長；機(jī)械強(qiáng)度高，能承受離合器結(jié)合分離時(shí)的剪切力，而且有較高的比壓；導(dǎo)熱性好，允許較長時(shí)間地打磨而且不損壞摩擦片。 鐵基粉末冶金摩擦材料的摩擦系數(shù)比銅基大，但磨損量大，結(jié)合時(shí)剛性較大，在濕式雙離合器中一般都不使用，適用于干式剎車片，制動(dòng)器的摩擦材料。 非金屬型摩擦材料摩擦系數(shù)高，價(jià)廉，而且離合器結(jié)合平穩(wěn)，無噪聲，但其導(dǎo)熱性太差。近年來紙質(zhì)摩擦材料在小客車自動(dòng)傳動(dòng)中得到推廣，用來代替銅基粉末冶金襯面，降低了

40、成本，改善了舒適性。紙質(zhì)摩擦材料摩擦系數(shù)較大（0.13左右），動(dòng)摩擦系數(shù)幾乎和摩滑速度無關(guān)，而且其具有彈性、疏松性和良好的潤滑來保持其性能；但是磨損量大，耐熱性較差，易燒壞， 使用時(shí)必須保證良好的冷卻潤滑和較短的摩滑時(shí)間[17]。 對(duì)于濕式雙離合器，摩擦材料最重要的性能是摩擦副的性能，即傳遞摩擦力矩大小、穩(wěn)定性和耐磨性。根據(jù)以上的說明，濕式雙離合器選用銅基粉末冶金材料比較合適。 2.3.1.2 摩擦系數(shù)的選擇 濕式離合器的摩擦系數(shù)為0.1~0.12 2.3.2 離合器后備系數(shù)的選擇 后備系數(shù)β離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的可靠程度。在選擇β時(shí)，應(yīng)考慮

41、摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，防止離合器滑磨時(shí)間過長、防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等因素。因此，離合器后備系數(shù)β的選擇必須遵循以下的原則[18]： (1) 為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨時(shí)間過長，β不宜選的太?。? (2)為使離合器尺寸不致過大，減少傳動(dòng)系過載，保證操縱輕便，β又不宜選得太大； (3)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，β可選得小些； (4)當(dāng)使用條件惡劣、需要拖帶掛車時(shí)，為提高起步能力，減少離合器滑磨，β應(yīng)選得大些； (5)汽車總質(zhì)量越大，β也就選得越大； (6)采用柴油機(jī)時(shí)，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的β值應(yīng)比汽油機(jī)大

42、些； (7)發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，β可選得越??； (8)膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的β值可比螺旋離合器小些； (9)雙片離合器的β值應(yīng)大于單片離合器。 各類汽車離合器β的取值范圍見表2-1： 表2-1 離合器后備系數(shù)β的取值范圍 車型 后備系數(shù) 乘用車及最大總質(zhì)量小于6t的商用車 1.20~1.75 最大總質(zhì)量為6~14t的商用車 1.50~2.25 掛車 1.80~4.00 由于濕式雙離合器的兩個(gè)濕式離合器與不同的檔位連接，使用條件不同，工作時(shí)傳遞的摩擦力矩也不同，所以后備系數(shù)的選擇也應(yīng)不同。與一、三、五、倒擋連接的濕式離合器，起步

43、時(shí)要傳遞更大的扭矩，摩滑時(shí)間較長，所以β要取大些；與二、四、六檔連接的濕式離合器只起換檔和傳遞動(dòng)力的作用，摩滑時(shí)間較短，為了減小離合器的尺寸，β可取小些。所以外離合器的后備系數(shù)應(yīng)選得較大，內(nèi)離合器的后備系數(shù)應(yīng)選得較小。外離合器的后備系數(shù)β=1.3，內(nèi)離合器的后備系數(shù)β=1.2。 2.3.3 摩擦片內(nèi)外半徑之比αm的選擇 αm=r／R=0.53~0.7 (2-1) 徑向嵌套式濕式雙離合器的外離合器為了能有足夠的空間來嵌套內(nèi)離合器，αm要取得大些；內(nèi)離合器的αm可取小些。所以，外離合器αm=0.7，內(nèi)離合器αm=0.6。 2.3.4 表面接觸系數(shù)和允許比

44、壓的選擇 摩擦面接觸系數(shù)ψ通常取ψ＝0.6～0.7。與1、3、5檔連接的濕式離合器的摩擦面接觸系數(shù)ψ應(yīng)取的小些，與2、4、6檔連接的濕式離合器的摩擦面接觸系數(shù)ψ應(yīng)取的大些。所以，外離合器ψ=0.6，內(nèi)離合器ψ=0.7。 2.3.5 摩擦副數(shù)Z的選擇 摩擦副數(shù)z選擇，應(yīng)在保證傳遞力矩的前提下盡量少，因?yàn)槟Σ粮鄙賱t分離時(shí)磨損小，功率損失少；在離合器接合時(shí)，壓緊力損失小。對(duì)于徑向嵌套式濕式雙離合器，為了能傳遞足夠大的轉(zhuǎn)矩而又不使外離合器的徑向尺寸過大，摩擦片數(shù)可取多些，每個(gè)濕式離合器取4～6片摩擦片[19]。在計(jì)算時(shí)，可先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取z的值來計(jì)算離合器外徑的值，如果摩擦片外徑較大，可以通過增加

45、摩擦片數(shù)來減小外徑。外離合器Z=8，內(nèi)離合器Z=12，即外離合器中，摩擦片和鋼片各為四片；在內(nèi)離合器中，摩擦片和鋼片各為六片。 2.3.6內(nèi)外離合器的內(nèi)外半徑的計(jì)算 (1) 內(nèi)離合器的外半徑的計(jì)算 (2-2) (2-3) 式中 β——離合器的后備系數(shù)； M——發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩； μ——摩擦面間的摩擦因數(shù)； ψ——主從動(dòng)片間表面接觸系數(shù)； αm——摩擦片內(nèi)外半徑之比； [q]——摩擦片允許比壓； Z——摩擦副數(shù)

46、。 把M=250N.m帶入式中，可得R=60mm。 對(duì)于徑向嵌套式濕式雙離合器，由于兩個(gè)濕式離合器的徑向尺寸不等且內(nèi)離合器嵌套在外離合器內(nèi)，所以需根據(jù)式(2-2)或式(2-3)計(jì)算先得內(nèi)離合器摩擦片外半徑的值。如果求得的外半徑太大，可通過增加摩擦片數(shù)來減小外半徑的值，根據(jù)內(nèi)離合器的外半徑與外離合器的內(nèi)半徑之間的間隙來確定外離合器的內(nèi)半徑的大小，然后根據(jù)內(nèi)外半徑之比αm來確定內(nèi)離合器內(nèi)半徑和外離合器外半徑的值。然后再根據(jù)式(2-2)或(2-3)來驗(yàn)證其外離合器是否滿足外離合器的最大轉(zhuǎn)矩。如果驗(yàn)算得到的最大轉(zhuǎn)矩比較大，為了防止離合器結(jié)合時(shí)產(chǎn)生沖擊和過載，則需減小最大壓緊力的值。 內(nèi)摩擦片與外

47、摩擦片之間有內(nèi)離合器轂、內(nèi)花鍵轂，所以要根據(jù)它們的大小來確定外離合器的內(nèi)半徑。由于外離合器中，內(nèi)花鍵轂外部為漸開線花鍵，是標(biāo)準(zhǔn)件，所以選取的d=150.7067，外徑D=214，為了符合實(shí)際，內(nèi)離合器的外徑選取為55mm，內(nèi)徑為33mm。 2.3.7 摩擦片和鋼片的厚度選擇 摩擦片的厚度選為4mm,鋼片的厚度為2mm 2.3.8離合器主要參數(shù)的校核 (1) 摩擦片外徑的選取應(yīng)使最大圓周速度v不超過65~70m∕s V=πnD×10-3∕6 (2-4) 式中 v——摩擦片最大圓周速度； N——發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，n=6200rad。 因此，外離

48、合器v=69m∕s，內(nèi)離合器v=35m∕s，符合要求。 (2) 摩擦片的內(nèi)、外半徑之比αm=0.53~0.7范圍內(nèi)，即0.53≤αm≤0.7，外離合器αm=0.7，內(nèi)離合器αm=0.6，符合要求。 (3) 為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同車型的β值應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，即1.2~1.75，外離合器β=1.3，內(nèi)離合器β=1.2，符合要求。 (4)為反映離合器傳遞的扭矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的扭矩應(yīng)小于其許用值，即 Tc0=4Tc∕πz(D2-d2)≤[Tc0] (2-5) 式中 [Tc0]——單位摩擦面積傳遞扭矩的

49、許用值(N.m∕mm2)，按表2-2選取。 表2-2 單位摩擦面積傳遞扭矩的許用值 離合器規(guī)格D/mm ≤210 ＞210~250 ＞250~325 ＞325 [Tc0]/×10-2 0.28 0.3 0.35 0.40 因此，根據(jù)式(2-5)，外離合器單位摩擦面積傳遞的扭矩為0.22×10-2N m/mm2；內(nèi)離合器單位摩擦面積傳遞的扭矩為0.28×10-2，兩者均符合要求。 (5) 為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，對(duì)于不同車型，單位壓力p0根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，p0的最大范圍為0.10~1.50Mpa,即0.10Mpa≤p0≤1.5Mpa

50、，我選取的外離合器p0=0.4，內(nèi)離合器p0=1.2，均符合要求。 (6) 為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值，即w=4W∕πz(D2-d2)≤[w] (2-6) 式中 [w]——乘用車的單位摩擦面積滑磨功的許用值，[w]=0.4J∕mm2； W——汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功。 W=π2n2marr2∕1800i02ig2 (2-7) 其中ma=1525Kg，rr=15.5mm，i0=4.178，ig=2.93，所

51、以W=53.6J。根據(jù)式(2-6)可得外離合器w=0.00037J∕mm2，內(nèi)離合器w=0.0016J∕mm2，均符合要求。 2.4 本章小結(jié) 本章首先對(duì)濕式離合器的作用進(jìn)行了概述，接著提出了設(shè)計(jì)離合器的要求；然后分五個(gè)部分提出了濕式雙離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法；最后說明了濕式離合器的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法以及具體的數(shù)據(jù)。 17 章3章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 第3章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 膜片彈簧的基本特性 膜片彈簧的大端處為一完整的截錐，類似無底的盤子，和一般機(jī)械上的蝶形彈簧一樣，固稱為碟簧部分。膜片彈簧真正起

52、彈性作用的正是其碟簧部分。與碟形彈簧不同的是在碟片彈簧上還有徑向開槽部分，形成許多稱為分離指、起分離杠桿作用的彈性杠桿。分離指與碟簧部分小端交接處的徑向槽較寬且成長方孔，分離指根部的過渡圓角半徑應(yīng)大于4.5mm，以減少分離指根部的應(yīng)力集中，長方孔又可用來安置銷釘固定膜片彈簧。 圖3-1 膜片彈簧 膜片彈簧的彈性特性是由其碟簧部分所決定的，是非線性的，與自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)錐高H及彈簧的鋼板厚h有關(guān)。不同的H∕h值有不同的彈性特性，當(dāng)H∕h＜時(shí)，P為增函數(shù)，這種彈簧的剛度大，適于承受大載荷并用作緩沖裝置中的行程限制。當(dāng)(H∕h)=時(shí)，特性曲線上有一拐點(diǎn)；若(H∕h)=1.5~，則特性

53、曲線中段平直，即變形增加但載荷P幾乎不變，故這種彈簧稱零剛度彈簧。當(dāng)＜(H∕h)＜2，則特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域，即變形增加而載荷反而減少。這種特性很適合作為離合器的壓緊彈簧。因?yàn)榭衫闷湄?fù)剛度區(qū)使分離離合器時(shí)載荷下降，達(dá)到操縱省力的目的。當(dāng)然，負(fù)剛度也不宜過大，以免彈簧工作位置略微變動(dòng)就引起彈簧壓緊力過大的變化。為兼顧操縱輕便及壓緊力變化不大，汽車離合器膜片彈簧通常取1.5＜(H∕h)＜2。當(dāng)(H∕h)=2，則特性曲線的極小點(diǎn)落在橫坐標(biāo)軸上；當(dāng)(H∕h)＞2，則特性曲線具有更大的負(fù)剛度區(qū)且具有載荷為負(fù)值的區(qū)域。 圖3-2 H∕h對(duì)膜片彈簧彈性特性的影響 (1) 膜片彈簧的特性計(jì)算

54、 (a)自由狀態(tài) (b)承載變形 圖3-3 碟形彈簧及其承載變形 碟形彈簧如圖3-3所示，當(dāng)其大、小端部承載壓力時(shí)，載荷P與變形λ之間有如下的關(guān)系： (3-1) 式中 E—彈性模量，對(duì)于鋼：E=21×104Mpa； μ—波桑比，鋼材料取μ=0.3； h—彈簧鋼板厚度，mm； H—碟簧的內(nèi)截錐高，mm； R—碟簧大端半徑，mm； A—系數(shù)，； m—碟簧大、小端半徑之比，m=R∕r。 假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中

55、性點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。通過活塞和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F集中在支承點(diǎn)處，加載點(diǎn)間的相對(duì)軸向變形為λ，則有膜片彈簧彈性特性關(guān)系式[18]： (3-2) 3.2 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 (1) 比值H∕h的選擇 對(duì)于設(shè)計(jì)膜片彈簧時(shí)要求在選擇H∕h時(shí)必須加強(qiáng)膜片彈簧的杠桿特性，保證其接合指部分有足夠的剛度而不是單調(diào)的突出碟簧部分的非線性特性，同時(shí)應(yīng)盡量減小碟簧剛度以減小活塞的壓緊力。因此我們選取高厚比時(shí)應(yīng)要求高厚比Z略小于2，既保證壓緊力保持在一定的范圍內(nèi)，又便于離合器的控制[17]。 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的H∕h一般為1.5~2.0，板厚h

56、為2~4mm。所以，我選取的板厚h=2.5，碟簧內(nèi)錐高H=5mm。 (2) 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇 圖3-4 膜片彈簧工作點(diǎn)位置圖 汽車離合器膜片彈簧特性曲線的形狀如圖3-4所示。選擇好曲線上的幾個(gè)特定工作點(diǎn)的位置很重要。拐點(diǎn)T對(duì)應(yīng)著膜片彈簧的壓平位置，而λ1T為曲線凸點(diǎn)M和凹點(diǎn)N的橫坐標(biāo)平均值。B點(diǎn)為新離合器(摩擦片無磨損)在結(jié)合狀態(tài)時(shí)的工作點(diǎn)，通常取在使其橫坐標(biāo)為λ1B=(0.8~1.0)λ1T的位置，以保證摩擦片在最大磨損Δλ后的工作點(diǎn)A處壓緊力變化不大。摩擦片總的最大允許磨損量Δλ可按下式求得： Δλ=Zc?ΔS0

57、 (3-3) 式中 Zc——離合器的摩擦片工作表面數(shù)目。 ΔS0——每個(gè)摩擦工作表面的最大允許磨損量，一般為ΔS0=0.5~1m， Δλ=8×0.6=4.8。 C點(diǎn)為離合器徹底分離的點(diǎn)。它以靠近N點(diǎn)為好，以減少活塞的推力使操縱輕便。 (3) R,r的選擇 膜片彈簧的大端半徑R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和外摩擦片的尺寸來確定。比值R/r的選定影響到材料的利用效率。R/r愈小，則彈簧材料的利用效率愈好。碟形彈簧儲(chǔ)存彈性能的能力在R/r=1.8~2.0為最大，用于緩和沖擊、吸收振動(dòng)等需要儲(chǔ)存大量彈性能的碟簧最佳。但對(duì)汽車離合器膜片彈簧來說，并不要求儲(chǔ)存大量的彈性能，而應(yīng)根

58、據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常取R/r=1.2~1.3。為使摩擦片上的壓力分布比較均勻，推式膜片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑Rc，拉式膜片彈簧的r值宜取為大于或等于Rc。而且，對(duì)于同樣的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式的大。 外離合器摩擦片的平均半徑[21]，所以，Rc=92mm；膜片彈簧的r=92mm,R=103mm。 (4) 膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角α α在10°~12°范圍內(nèi)選擇。所以我選擇的是α=10°。 (5) 膜片彈簧小端半徑ri=39mm (6) 分離指的數(shù)目n和切槽寬δ1，δ2及半徑re n多取為18；=3.2~3.5mm；=9~10mm；re的取值

59、應(yīng)滿足(r-re)﹥?chǔ)?的要求。因此，我所取的n=18，δ1=3.4mm，δ2=9mm，re=84mm。 3.3 膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算 前述膜片彈簧與變形之間的關(guān)系式，是在假定膜片彈簧在承載過程中，其子午截面無變形而只是剛性的繞該截面上的某一中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動(dòng)的條件下推導(dǎo)出的。根據(jù)這一假定可知，截面在O點(diǎn)處沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?。O點(diǎn)以外的截面上的點(diǎn)，一般均產(chǎn)生切向應(yīng)變，故亦有切向應(yīng)變。若如圖3-5所示以中性點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)在子午截面處建立x-y坐標(biāo)系，則截面上任意點(diǎn)的切向應(yīng)力為[19] (3-4) 圖3-5 膜片彈簧子午截面及其最大應(yīng)力示意圖

60、 式中 φ——碟簧部分子午截面的轉(zhuǎn)角，rad； α——膜片彈簧自由狀態(tài)時(shí)的圓錐底角，rad； e——中性點(diǎn)O的半徑，mm。 （3-5） 分析表明，膜片彈簧碟簧部分凸面的內(nèi)緣點(diǎn)B(見圖3-5)處的切向壓應(yīng)力最大；而凹面的外緣點(diǎn)A或內(nèi)緣點(diǎn)A＇(見圖3-5)處的切向拉應(yīng)力最大，但B點(diǎn)的應(yīng)力值最高，而且B點(diǎn)的最大應(yīng)力值是發(fā)生在離合器分離過程中的某一位置，并且此時(shí)B點(diǎn)處于兩向應(yīng)力狀態(tài)(見圖3-5)。故通常只計(jì)算B點(diǎn)處的應(yīng)力來校核膜片彈簧的強(qiáng)度，應(yīng)使B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力小于許用應(yīng)力，即σBj＜[σ]。 將B點(diǎn)的坐標(biāo)x=-(e-r)和y=h/2代

61、入式(3-5)，得B點(diǎn)的切向壓應(yīng)力 (3-6) 令dσtb∕dφ=0，得σtB達(dá)極大值σtBmax時(shí)的轉(zhuǎn)角，此式表明，σtBmax將碟簧壓平(轉(zhuǎn)角為α)后使其子午截面再多轉(zhuǎn)h/2(e-r)這樣一個(gè)角度。 在活塞推力P的作用下，B點(diǎn)作為分離指根部的一點(diǎn)尚承受彎曲應(yīng)力 (3-7) 式中 n——分離指數(shù)目； B——分離指的根部寬度，mm。 由于σrB為徑向拉應(yīng)力，與切向壓應(yīng)力σtB相垂直(見圖3-5)，根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論知B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力為σBj=σtB-σrB 由60Si2MnA制造的膜片彈簧，σBj的許

62、用應(yīng)力[σ]可取為1400~1600Mpa。膜片彈簧的設(shè)計(jì)應(yīng)力一般可稍高于材料的屈服極限，為了提高其承載能力應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)壓處理(將彈簧壓平并保持12~14h)，使其高應(yīng)力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以得到殘余反向應(yīng)力。對(duì)膜片彈簧的內(nèi)錐面進(jìn)行噴丸處理，可提高其疲勞壽命。分離指內(nèi)端部可進(jìn)行高頻淬火或鍍鉻以提高其耐磨性。當(dāng)已知膜片彈簧大端的變形λ1時(shí)，B點(diǎn)的當(dāng)量應(yīng)力σBj亦可按下式計(jì)算，即 (3-8) 令dσBj/dλ=0，求得σBj達(dá)到極大值時(shí)的大端變形： (3-9) 因此，當(dāng)離合器徹底分離時(shí)，大端變形λ1f＜λσmax時(shí)，式(3-3)中的λ1取為λ1f；當(dāng)λ1f＞λσma

63、x時(shí)，λ1取為λσmax。 3.4 膜片彈簧材料及制造工藝 國內(nèi)膜片彈簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等優(yōu)質(zhì)高精度鋼板材料。為了保證其硬度、幾何形狀、金相組織、載荷特性和表面質(zhì)量等要求，需進(jìn)行一系列熱處理。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對(duì)膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)壓處理，即沿其分離狀態(tài)的工作方向，超過徹底分離點(diǎn)后繼續(xù)施加過量的位移，使其過分離3~8次，以產(chǎn)生一定的塑性變形，從而使膜片彈簧的表面產(chǎn)生與使用狀態(tài)反方向的殘余應(yīng)力而達(dá)到強(qiáng)化的目的。一般說來，經(jīng)強(qiáng)壓處理后，在同樣的工作條件下，可提高膜片彈簧的疲勞壽命5%~30%。另外，對(duì)膜片彈簧的凹面或雙面進(jìn)行噴丸處理，即以高速彈丸流噴射到膜片彈簧表面

64、，使表面產(chǎn)生塑性變形，從而形成一定厚度的表面強(qiáng)化層，起到冷作硬化的作用，同樣也可提高承載能力和疲勞強(qiáng)度[18]。 為了提高分離指的耐磨性，可對(duì)其端部進(jìn)行高頻淬火、噴鍍鉻合金和鍍鎘或四氟乙烯。在膜片彈簧與壓盤接觸圓形處，為了防止由于拉應(yīng)力的作用而產(chǎn)生裂紋，可對(duì)該處進(jìn)行擠壓處理，以消除應(yīng)力源。 膜片彈簧表面不得有毛刺、裂紋、劃痕、銹蝕等缺陷。碟簧部分的硬度一般為45~50HRC，分離指端硬度為55~62HRC，在同一片上同一范圍內(nèi)的硬度差不大于3個(gè)單位。碟簧部分應(yīng)為均勻的回火屈氏體和少量的索氏體。單面脫碳層的深度一般不得不超過厚度的3%。膜片彈簧的內(nèi)外半徑公差一般為H11和h11，厚度公差為±

65、0.025，初始底錐角公差為±10＇。膜片彈簧上下表面的粗糙度為1.6μm，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片彈簧處于結(jié)合狀態(tài)時(shí)，其分離指端的相互高度差一般要求小于0.8~1.0mm[18]。 3.5 本章小結(jié) 本章主要從膜片彈簧的彈性特性入手，了解了膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算，從而選定了膜片彈簧的基本參數(shù)。 23 第4章 雙離合器建模及裝配 4.1 摩擦片及鋼片建模 4.1.1 離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足的要求： (1) 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對(duì)其影響要小。 (2)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性。 (

66、3)熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦。 (4)結(jié)合時(shí)應(yīng)平穩(wěn)而不產(chǎn)生“咬合”或“抖動(dòng)”現(xiàn)象。 (5)長期停放后，摩擦面間不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。 4.1.2 建模 根據(jù)前面的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型的建立。如圖4-1、4-2、4-3、4-4所示： 圖4-1 外摩擦片 25 圖4-2 外鋼片 圖4-3 內(nèi)鋼片 圖4-4 內(nèi)摩擦片 4.2 膜片彈簧的建模 根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、拉伸切除，建立模型，如圖4-5所示： 圖4-5 膜片彈簧 4.3 壓盤的建模 壓盤的作用就是活塞通過它推動(dòng)摩擦片和鋼片的進(jìn)行摩擦，以傳遞動(dòng)力，所以它的形狀和大小是根據(jù)摩擦片進(jìn)行確立的，它的建模如下圖4-6： 圖4-6 壓盤 4.4 活塞的建模 活塞的大小根據(jù)膜片彈簧定義： 圖4-6 外活塞 圖4-7 內(nèi)活塞 28 4.5 彈簧座建模 彈簧座的大小根據(jù)內(nèi)活塞和外離合器轂來確定，建模如下圖4-8所示： 圖4-8 彈簧座 4.6 彈簧建模 根據(jù)彈簧的輪廓和路