畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）設(shè)計(論文) 題目： 轎車離合器設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 院： 班 級： 提交日期： I目 錄摘 要 .IIIAbstract IV1 緒論 11.1 課題背景及研究意義 11.2 離合器發(fā)展趨勢及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12.1 離合器的分類 .42.1.1 電磁離合器 42.1.2 磁粉離合器 42.1.3 摩擦離合器 42.1.4 液力離合器 52.2 離合器的作用及工作原理 .53 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 73.1 摩擦片內(nèi)外徑的確定 .73.2 后備系數(shù) β 83.3 離合器單位壓力 P 選取 .84 膜片彈簧離合器的設(shè)計 .104.1 摩擦片的選擇 104.2 壓盤的設(shè)計 104.3 壓緊彈簧的選擇 104.4 分離軸承的選擇形式 .114.5 離合器殼體的設(shè)計 .124.6 材料的選擇 124.6.1 摩擦片材料的選擇 .124.6.2 壓盤材料的選擇 .124.7 膜片彈簧 124.7.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu) .124.7.2 膜片彈簧基本參數(shù)計算選擇 .134.7.3 膜片彈簧的彈性特性 .14II4.7.4 膜片彈簧強(qiáng)度校核 .15總 結(jié) 18參考文獻(xiàn) 19致 謝 .20III轎車離合器設(shè)計摘 要在傳動系中，就是靠離合器讓發(fā)動機(jī)與變速器能平順地接合，使得汽車能夠平穩(wěn)起步。離合器還還可用以暫時切斷發(fā)動機(jī)的動力，便于換檔和減少換檔時的沖擊。汽車緊急制動時，還能能夠起到分離保護(hù)的作用。膜片彈簧離合器廣泛應(yīng)用于多種車型，它的轉(zhuǎn)矩大且平穩(wěn)，操作便捷，平穩(wěn)性好，所以人們越來越重視對它的研究。本文是對中型轎車的的離合器進(jìn)行設(shè)計。首先了解離合器的分類，清楚離合器的工作原理，選擇一種類型進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定其參數(shù)。再對摩擦片、壓盤、離合器殼體進(jìn)行設(shè)計，并為其選擇材料。對主要零件進(jìn)行強(qiáng)度計算以及繪制零件圖和裝配圖。關(guān)鍵詞：離合器；設(shè)計；膜片彈簧; 壓盤IVCar clutch designAbstractIn transmission system is by the clutch let the engine and the transmission gearbox can smooth engagement, to make the car start smoothly. Clutch also available to temporarily cut engine power, facilitate the shift and reduce shift shock. Automobile emergency brake, but also can play to away from the protection of the role.Diaphragm spring clutch is widely used in a variety of models, it has a large torque and smooth, easy operation, good stability, so people pay more and more attention to its research.This paper is of mid size car clutch design. Clutch all know the classification clearly clutch working principle, choose a type of architecture design, to determine the parameters of the. Again on the friction plate, pressure plate, clutch housing design, and for the selection of materials. The main parts of strength calculation and draw the part drawing and assembly drawing.Key words: clutch; design; diaphragm spring; pressure plate11 緒論1.1 課題背景及研究意義離合器是傳動系統(tǒng)中重要的部分組成部分。離合器作為一個獨(dú)立的存在，它用以切斷或傳遞發(fā)動機(jī)動力。很多機(jī)械裝置內(nèi)都安裝離合器，離合器也廣泛應(yīng)用于各類汽車中，它就像開關(guān)一樣，用以接合和斷開動力的傳遞。以內(nèi)燃機(jī)為動力的汽車,其啟動時不能夠帶載荷。若要避免啟動時會附加的載荷,就需要通過離合器來實(shí)現(xiàn)，然后保持其不停地運(yùn)轉(zhuǎn)。離合器保證了汽車能夠平穩(wěn)起步并且可以將發(fā)動機(jī)與傳動系進(jìn)行分離，減少了齒輪間的沖擊；并且能夠限制傳動系的最大轉(zhuǎn)矩，并控制在可承受的范圍內(nèi)，這樣就起到了過載保護(hù)作用，還可以降低振動和噪聲。摩擦離合器廣泛應(yīng)用于各類車型當(dāng)中，可按從動盤數(shù)目不同、按壓緊彈簧的布置形式不同、壓緊彈簧結(jié)構(gòu)形式不同和離合器分離時作用力方向不同等可以分為很多類型。由于膜片彈簧與壓盤整體接觸，所以其表面的壓力均勻分布開。摩擦片磨損后，彈簧仍然可以傳遞發(fā)動機(jī)的扭矩，且不會發(fā)生滑離現(xiàn)象。汽車安裝離合器后，駕駛員能夠方便地操作，減輕了負(fù)擔(dān)。膜片彈簧離合器有很多有點(diǎn)，其性能好，可靠很高，有很壽命，結(jié)構(gòu)簡單，所以其性價比高。既有很多的優(yōu)點(diǎn)，又確保了離合器能傳遞發(fā)動機(jī)的最大扭矩。所以人們對于它的研究越來越重視。離合器最早被研究出來的時候，尺寸較大，從而導(dǎo)致了從動部分的轉(zhuǎn)動慣量很大，那時候想要換檔非常麻煩，并且那時候的離合器在結(jié)合時會有很多問題，例如：沖擊較大，經(jīng)?？ㄗ?，散熱不方便，不夠平穩(wěn)等等。所以需要想方設(shè)法有效地解決這些問題，本文先減小離合器的尺寸，便于安裝盒布置；這樣就能減小其慣性，使得換擋時不再費(fèi)勁，提高了操作舒適性，并且整個系統(tǒng)穩(wěn)定性都能得到提升。1.2 離合器發(fā)展趨勢及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀石棉摩擦片大概從 1920 年起一直使用到當(dāng)代，直到其被非石棉摩擦片取代。單盤干式離合器的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的：從動盤質(zhì)量較輕使其分離后可以更快地停止轉(zhuǎn)動，從而使得換擋更容易。單盤干式離合器的最初構(gòu)造相對比較復(fù)雜。離合器外罩用法蘭固定在飛輪上，離合器蓋用螺栓固定在離合器外罩里。彈簧向內(nèi)側(cè)壓縮分離杠桿的離合器蓋從中間盤經(jīng)由摩擦盤傳遞壓力，將來自飛輪的轉(zhuǎn)矩傳到變速器。摩擦盤通過駕駛員將其連接到連接處或變速器輸入軸。離合器通過一個可讓錐形盤前后移動的滑動環(huán)片來實(shí)現(xiàn)分離和接合。錐盤的各側(cè)相應(yīng)地作用于分離杠桿，分離杠桿由螺旋彈簧起作用，受到壓緊或分開，即中間盤接合、分離。由于錐盤是轉(zhuǎn)動的，而滑動環(huán)片是靜止的，故需要定期地潤滑。2然而隨著發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷增加，離合器變得越來越重。除此以外，用來作用于分離杠桿的分離軸承一直處在受壓狀態(tài)下，使其和離合器外罩很容易發(fā)生磨損，尤其是在發(fā)動機(jī)高轉(zhuǎn)速時換檔，會很快地磨損。為了解決上述這些系統(tǒng)性的不足，人們便開發(fā)出了膜片彈簧離合器，膜片彈簧離合器誕生于 1936 年通用汽車的研究實(shí)驗(yàn)室里，并在 1930 年代后期在美國大批量生產(chǎn)。在歐洲，是在第二次世界大戰(zhàn)之后，人們通過美國通用公司的軍用卡車才開始熟悉膜片彈簧離合器，并在 1950 年代中期應(yīng)用在一些單一的歐洲車型上。保時捷 356，寶馬 700 和DKW Munga 是第一批配備了膜片彈簧離合器的德國制造的汽車。膜片彈簧離合器大批量生產(chǎn)始于 1965 年的歐寶 Rekord 車型。由于膜片彈簧離合器能夠均衡、對稱地轉(zhuǎn)動，因而不受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的影響。膜片彈簧離合器在 1960 年代獲得了成功，那時凸輪軸頂置式高轉(zhuǎn)速發(fā)動機(jī)(寶馬，阿爾法羅密歐)大范圍地取代了凸輪軸下置式發(fā)動機(jī)。1960 年代末至今，幾乎所有的汽車制造商都采用膜片彈簧離合器。我國汽車業(yè)的高速發(fā)展，帶動我國汽車離合器市場需求持續(xù)大幅增長。隨著我國自動檔轎車的增加，我國傳統(tǒng)離合器行業(yè)的發(fā)展前景日益擔(dān)憂，不少企業(yè)都在尋求新的持續(xù)發(fā)展的途徑。2012 年以前，我國汽車產(chǎn)量持續(xù)增長、汽車保有量的增加、出口市場需求的擴(kuò)張等三大因素推動我國汽車離合器行業(yè)連續(xù) 10 余年快速發(fā)展，2012 年我國汽車離合器的產(chǎn)量突破 2000 萬套。離合器的市場規(guī)模約為 120 億元。目前國產(chǎn)離合器已經(jīng)能夠全面覆蓋國內(nèi)各種車型產(chǎn)品并具有足夠的研發(fā)、制造和供貨能力，干摩擦式離合器仍將是“十二五”期間汽車動力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用部件。在技術(shù)目標(biāo)方面，離合器的可靠性和壽命指標(biāo)要達(dá)到或接近國外同類產(chǎn)品水平，傳遞轉(zhuǎn)矩超過 3000 牛米的大容量重型離合器要形成批量供貨，要掌握 AT、LTD、DCT 和 DMF 等關(guān)鍵技術(shù)，在離合器及其電子操控系統(tǒng)的集成開發(fā)方面取得突破，建立離合器的綜合自動檢測系統(tǒng)，以及建立模擬工況和實(shí)車試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，形成更為完善的離合器產(chǎn)品評價體系。按照離合器行業(yè)的規(guī)劃，“十二五”期間，汽車離合器行業(yè)要形成 3-5 家年銷售量超過 300 萬套的“小巨人”企業(yè)和 5-10 家年銷售量超過 120 萬套的規(guī)模企業(yè)，并出現(xiàn)產(chǎn)銷規(guī)模進(jìn)入世界離合器行業(yè)前 10 名的中國企業(yè)。目前，我國離合器技術(shù)發(fā)展也由傳統(tǒng) 向多種傳動技術(shù)方式的發(fā)展。摩 擦 彈 簧 離 合 器螺旋彈簧離合器基本上即將退出市場，目前只是在維修市場因價格便宜還有一些車主使用。膜片彈簧已經(jīng)成為我國目前離合器的主流技術(shù)。在自動檔領(lǐng)域，液力變矩器我國已經(jīng)在上海薩克斯實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化，國內(nèi)還有數(shù)家企業(yè)的液力變矩器也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)。目前，國內(nèi)技術(shù)開發(fā)最困難的是雙離合器。目前，國內(nèi)的杭維柯、上汽變速器等都已經(jīng)推出了雙離合器變速器樣品，但核心技術(shù)主要還是來自國外。與跨國企業(yè)相比較，我國汽車離合器的技術(shù)差距，可以表現(xiàn)為兩個方面：一方面是在商用車尤其在載貨車領(lǐng)域，跨國企業(yè)的離合器產(chǎn)品與國內(nèi)產(chǎn)品存在差距，也即國內(nèi)企3業(yè)的產(chǎn)品有一定的競爭優(yōu)勢。另一方面，在乘用車領(lǐng)域，我國離合器產(chǎn)品與跨國企業(yè)的產(chǎn)品有很大的差距，跨國企業(yè)產(chǎn)品有很大的競爭優(yōu)勢。中外汽車離合器技術(shù)差距產(chǎn)生的因素，主要有市場、技術(shù)發(fā)展趨勢、工業(yè)基礎(chǔ)、車主消費(fèi)習(xí)慣、政策環(huán)境等因素。我國商用車離合器與國外相比是有競爭優(yōu)勢的，很多外資企業(yè)都無法進(jìn)入我國載貨汽車的配套體系。為什么呢，難道國外公司沒有開發(fā)出不適合載貨汽車用的離合器？不是的，最主要的差別還是中國的國情造成的。在中國，載貨汽車超載已經(jīng)成為一個普遍的現(xiàn)象，即“大噸小標(biāo)”現(xiàn)象非常突出，而且屢禁不止，有時候還不算違法。比如，很多超載的汽車只要不上路，不違法；單位內(nèi)部用的車輛，無論怎么超載也不違法，而且還受到單位的鼓勵，說要提高效率。對國外企業(yè)來講，他們就不明白一輛額定載重為 10噸的汽車離合器為什么要用到適合在 30、40 噸汽車上用的離合器。而一旦按額定載重匹配上離合器，車主很快就會發(fā)現(xiàn)，即使是國外品牌的離合器，都不經(jīng)用、不好使。國內(nèi)的載貨車車主不會認(rèn)為是自己超載惹的“禍”，而是自然地認(rèn)為是國外品牌的產(chǎn)品品質(zhì)不好。所以，即使是國外品牌再好的離合器，一進(jìn)入中國載貨汽車領(lǐng)域，馬上就會出現(xiàn)“水土不服”，而國內(nèi)離合器生產(chǎn)企業(yè)恰恰對國內(nèi)的情況非常熟悉和了解，能夠運(yùn)作自如。所以，我們可以發(fā)現(xiàn)，在商用車離合器領(lǐng)域，市場基本上是國內(nèi)企業(yè)在做，外資企業(yè)基本上是沒有涉及這個領(lǐng)域。去年底薩克斯高調(diào)宣布進(jìn)軍商用車離合器領(lǐng)域，不知道是客車還是載貨汽車，如果是載貨汽車，它是否會同樣面臨中國式的“水土不服”的問題。對這種情況，國內(nèi)一個離合器企業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)說，這叫“應(yīng)用技術(shù)”，國內(nèi)企業(yè)在商用車離合器的“應(yīng)用技術(shù)”水平高于國外，國內(nèi)企業(yè)要提高的是離合器產(chǎn)品的應(yīng)用技術(shù)水平，更好地適應(yīng)中國客戶的要求。4金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 汽車離合器簡介52 汽車離合器簡介2.1 離合器的分類現(xiàn)在最為常見的離合器大體可分為四種：電磁離合器、磁粉離合器、摩擦式離合器和液力離合器。2.1.1 電磁離合器通用控制線圈的通斷電，來實(shí)現(xiàn)離合器的接合與分離。電磁離合器工作方式有通電結(jié)合和斷電結(jié)合兩種形式。干式單片電磁離合器：線圈通電時將會產(chǎn)生磁力來吸合“銜鐵”片，此時離合器將會處于接合狀態(tài)；當(dāng)線圈斷電時“銜鐵”彈回，離合器便處于分離狀態(tài)。干式多片、濕式多片電磁離合器：原理同上，另外會在其中增加幾個摩擦付，相同體積轉(zhuǎn)矩將會比干式單片電磁離合器大，濕式多片電磁離合器工作時必須有油液或其它冷卻液冷卻。電磁離合器動作便捷。且散熱能力強(qiáng)，所以十分耐用。并且它的組裝維護(hù)也十分的容易。2.1.2 磁粉離合器磁粉離合器是利用電磁原理設(shè)計制造，其通過磁粉來傳遞動力。磁粉離合器會在主、從動件之間放置磁，通過線圈的同斷電來控制磁粉的結(jié)合。當(dāng)磁粉結(jié)合時，主、從動件同時轉(zhuǎn)動。它還可以通過調(diào)節(jié)電流的大小來控制轉(zhuǎn)矩。其缺點(diǎn)就在于產(chǎn)生較大滑差時溫度上升得很快，并且價格相對于其他離合器來說會很高。轉(zhuǎn)差式電磁離合器是磁粉離合器中較為常見的一種。它是依靠主、從部分的轉(zhuǎn)速差，來傳遞動力。并通過調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)度控制轉(zhuǎn)速差的大小用以決定所傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。當(dāng)勵磁電流不變時，轉(zhuǎn)速會與轉(zhuǎn)矩成反比關(guān)系；轉(zhuǎn)矩保持不變時，勵磁電流減少，會使得轉(zhuǎn)速減少得更多。轉(zhuǎn)差式電磁離合器其優(yōu)點(diǎn)有：由于主、從動部件間沒有直接接觸，所以其不會有磨損消耗，壽命長。還有其只需調(diào)整勵磁電流就可以改變其轉(zhuǎn)速，所以可作為無級變速器來使用。而它的缺點(diǎn)主要在于轉(zhuǎn)子中的渦流會產(chǎn)生熱量，低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的效率會很低。2.1.3 摩擦離合器摩擦離合器是由主動部分、從動部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)構(gòu)成，是最早出現(xiàn)的離合器也是最為常用的離合器。離合器處于接合狀態(tài)時，就是由主、從動部分和壓緊機(jī)構(gòu)來傳遞動力，離合器踏板就是控制離合器接合與分離的裝置。發(fā)動機(jī)中的飛輪是摩擦離合器中的主動件。壓緊彈簧將從動盤與飛輪壓緊在一起。飛輪通過摩擦力將轉(zhuǎn)矩傳遞給從動盤，再由經(jīng)過其他傳遞裝置傳遞給驅(qū)動輪。從動盤與飛輪之間的壓緊力越大，摩擦力越大，則所傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 汽車離合器簡介62.1.4 液力離合器液力離合器是一種用流體作為傳動介質(zhì)的離合器，當(dāng)夜里離合器踩下踏板時，總泵活塞會因?yàn)橥茥U的作用力向左移動，此時管路中油液壓力變大。由于油壓的升高，活塞開始移動，從而推動分離踏板，并帶動分離軸承使離合器分離。液力離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大，并且體積小，大大地節(jié)省了空間，并且其沖擊貼別小，不管是起動還是換向與其他離合器相比都較為平穩(wěn)，位移缺點(diǎn)就是速度比較慢。2.2 離合器的作用及工作原理 由于發(fā)動機(jī)與傳動系是剛性連接，汽車逐漸從靜止?fàn)顟B(tài)加速時反會給發(fā)動機(jī)帶來很大的阻力。在慣性的作用下，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速會急劇下降，發(fā)動機(jī)關(guān)閉停止工作，因此需要離合器來平順的傳遞其動力。當(dāng)汽車起步前應(yīng)該先踩下離合器踏板，分離發(fā)動機(jī)與傳動軸，此時掛上檔位，然后慢慢松開離合器，離合器開始嚙合。此時發(fā)動機(jī)的阻力矩會慢慢增大，為了避免熄火應(yīng)適當(dāng)?shù)牟认掠烷T踏板 ，這樣是為了使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速始終在最穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速上，從而保證發(fā)動機(jī)不會停止工作。保持這樣的狀態(tài)會使離合器之間的嚙合越來越緊密，此時驅(qū)動車輪的轉(zhuǎn)矩也會隨之增大，當(dāng)牽引力大于汽車原地阻力的時，此時汽車會由靜止變?yōu)檫\(yùn)動，這時候汽車就正常起步了。在行駛過程中，面對不同的路況傳動系統(tǒng)也會處于不同的工作狀況，所以需要經(jīng)常更換檔位，齒輪式機(jī)構(gòu)的換擋，就是將原本嚙合的齒輪副分離開，再讓嚙合另外一個齒輪副進(jìn)入工作，從而轉(zhuǎn)換其傳動比。換當(dāng)前需踩下離合器踏板，使軸上的動力中斷，這樣是有利于原檔位上的撥叉分離，使下一個進(jìn)入嚙合的齒輪副撥叉順利嚙合，完成同步旋轉(zhuǎn)，這樣就能減少齒輪進(jìn)入嚙合時的沖擊力，也使得整個換擋過程更加平穩(wěn)。當(dāng)汽車遇到緊急情況時需要緊急制動，離合器會有很大的保護(hù)作用。在沒有離合器的情況下發(fā)動機(jī)會與傳動系之間有很大的剛性連接，從而使發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速驟降。當(dāng)轉(zhuǎn)速過高時會產(chǎn)生很大的慣性力矩，此力矩過大會超出傳動系的承載范圍，破壞發(fā)動機(jī)機(jī)件。若是汽車安裝了離合器，就可以通過離合器的主、從動部分之間的相對運(yùn)動來降低這些力矩，從而消除這種的危險。所以通過離合器的安裝，即可使得了車輛本身的安全以及車上人員的安全得到提高。離合器接合時,軸承與杠桿之間會產(chǎn)生很大間隙,由于壓緊彈簧的作用壓盤死死壓住從動盤,此時飛輪和壓盤將轉(zhuǎn)矩傳遞給從動盤,然后再傳遞給變速器。從動盤表面的最大靜摩擦力決定了離合器所傳遞的最大轉(zhuǎn)矩數(shù)值的大小。通常來說離合器的最大靜摩擦力是一個固定值,如果傳動系傳遞的轉(zhuǎn)矩大于這固定值,就會引起離合器的打滑現(xiàn)象,此時離合器就具有了過載保護(hù)功能。當(dāng)踩下離合器踏板,這時拉桿、分離撥叉、分離套筒就會消除間隙,使得分離杠桿的外端拉動壓盤向后移動,從而使得離合器分離開來,中斷了動力的傳遞。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 汽車離合器簡介7輕輕松開離合器踏板,由于壓緊彈簧的作用,從而壓盤漸漸壓緊從動盤,摩擦力矩也慢慢變大。在壓盤與從動盤剛接合的狀態(tài)下,它的摩擦力矩比較小,離合器從動盤與主動盤可以以不同的速度旋轉(zhuǎn),這時候離合器就處于打滑狀態(tài)。隨著離合器踏板的逐漸松開,此時離合器的主動盤與從動盤慢慢得貼合到一起,此時離合器就停止打滑。在傳動系中，離合器是將發(fā)動機(jī)的動力扭矩傳遞給驅(qū)動系統(tǒng)的，并且通過主動盤與從動盤的分離與接合來實(shí)現(xiàn)汽車的起步、換擋的功能。離合器的作用有： 保證汽車起步時的平穩(wěn)、確保傳動系換擋時的工作平穩(wěn)、防止汽車傳動系過載?，F(xiàn)代汽車的最為常用就是摩擦式離合器。它是由主動部分、從動部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)組成。從動盤總成、膜片彈簧以及壓盤是離合器的主要設(shè)計部分。圖 2.1 膜片彈簧離合器工作原理a—安裝前位置；b—安裝后；c—分離位置1—飛輪； 2—摩擦片； 3—離合器蓋； 4—分離軸承； 5—壓盤； 6—膜片彈簧； 7— 支撐環(huán)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計83 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計3.1 摩擦片內(nèi)外徑的確定離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命很大程度上會受到離合器外徑尺寸的影響。表 3.1 設(shè)計某中型車的參數(shù)按照經(jīng)驗(yàn)，可得外徑與發(fā)動機(jī)最大轉(zhuǎn)矩關(guān)系式如下： maxeDTK?關(guān)系式中：直徑系數(shù)，取值范圍見表 3.2表 3.2 摩擦片直徑系數(shù)取值范圍由于設(shè)計車型是中型轎車，所以我們選 =14.6。DK再計算得 mD39.17?摩擦片尺寸應(yīng)符合尺寸系列標(biāo)準(zhǔn) GB/T5764-1998，根據(jù)下表 3.3。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計9表 3.3 離合器摩擦片尺寸系數(shù)外徑 D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350內(nèi)徑 d/mm 110 125 140 150 155 165 175 190 195厚度 h/ 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4=d/DC?0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.5401－ 3?0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827單位面積 F/ cm106 132 160 221 302 402 466 546 678從上表中可以取得摩擦片外徑 D 為 200mm，內(nèi)徑 d 為 140mm，厚度 h 為 3.5mm 取 C′=0.700 1－ =0.657。3C?3.2 后備系數(shù) β離合器所能傳遞最大扭矩的程度就是其后備系數(shù)。在選取時，既要能保證摩擦片壓緊的前提下，又能夠可靠傳遞發(fā)動機(jī)輸出的最大扭矩。但后備系數(shù)也不宜過大，過大的后備系數(shù)使離合器的尺寸增大，操縱力增大，并會造成傳動系過載。后備系數(shù)是表征摩擦片壓緊后，離合器傳遞發(fā)動機(jī)動力性能的好壞標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該在充分考慮摩擦片磨損后是否仍能傳遞發(fā)動機(jī)的最大扭矩，并且避免起步后打滑時間過長的情況下，再選取離合器的后備系數(shù)。表 3.4 離合器后備系數(shù)取值范圍車 型 后備系數(shù) β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在離合器的設(shè)計中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)后備系數(shù)一般為 1.4～1.75 之間，再根據(jù)所選取車型確定 β=1.5。3.3 離合器單位壓力 P 選取單位壓力 P 反應(yīng)了摩擦表面的耐磨性，其數(shù)值的大小對于使用壽命也有極大的影響。由于離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓力P 較小為好?？紤]到離合器上熱負(fù)荷，及其材料、質(zhì)量等因素。所以單位壓力 P 的范圍0.14～0.35MPa。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計10取單位壓力 P=0.25MPa，在規(guī)定范圍呢，故滿足要求。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)114 膜片彈簧離合器的設(shè)計4.1 摩擦片的選擇在離合器中，摩擦片就是作為傳遞引擎動力到變速箱的媒介物。其可以分為單片、雙片和多片離合器。此次設(shè)計選擇單片離合器。因?yàn)楸疚乃芯康能囆褪侵行偷霓I車，其發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩不會很大，而且其結(jié)構(gòu)簡單，體積小，易于保養(yǎng)與維修，其接合十分平順，分離得又很徹底。所以選擇單片離合器。4.2 壓盤的設(shè)計壓盤在與離合器蓋連接后帶動摩擦片轉(zhuǎn)動。壓盤在工作中屬于主動傳動，在飛輪和離合器蓋得帶動下傳遞扭矩。在不傳遞扭矩時，應(yīng)能夠與從動盤分離開來。壓盤與飛輪有很多種連接方式：傳力銷式、鍵式以及彈性傳動片式等，現(xiàn)在一般采用彈性傳動片式。在傳動過程中會有摩擦和震動。壓盤的質(zhì)量最好大一些，這樣就可以增加熱容量，有效得控制溫度的上升，防止其損傷或失效。為了壓緊力分布均勻并有效得減小受熱后的變形，防止摩擦片壓緊與離合器分離受到影響，所以壓盤應(yīng)選擇強(qiáng)度較大的材料。摩擦片的內(nèi)外徑在前面已確定，因此取壓盤外徑為 210mm，內(nèi)徑為 130mm。圖 4.1 壓盤的幾種傳力方式4.3 壓緊彈簧的選擇離合器的壓緊裝置有很多分類，比如膜片彈簧式、周布彈簧式等等。本課題所設(shè)計的是膜片彈簧式離合器，其有如下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)12（1）一個膜片彈簧可代替壓緊彈簧和分離桿的作用，從而使得膜片彈簧式離合器中零件的數(shù)目不多，重量輕；（2）離合器的結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小；散熱性好，使用壽命長；（3）其具有良好的非線性的特點(diǎn)，如果設(shè)計的合理壓緊力可以在摩擦片磨損到極限時還能夠基本保持不變，可使人在駕駛時減輕踩離合器踏板的所使用的力，操縱更加輕松方便。但由于它的結(jié)構(gòu)簡單，還要求其工作性能高，所以它的制造工藝要求就比較高，不易制造，還要對其材料和尺寸有嚴(yán)格的要求；因?yàn)槠渚哂蟹蔷€性的特點(diǎn)，所以在其生產(chǎn)過程中難以控制，開口處易損壞，端部易磨損，所以它實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用的不多。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，材料和制造技術(shù)也在不斷的提高，使得膜片彈簧的功能與應(yīng)用也得到了廣泛的應(yīng)用。4.4 分離軸承的選擇形式在工作時，分離軸承主要受軸向力，分離離合器時由于軸承旋轉(zhuǎn)因而形成徑向力。故常用的有徑向止推軸承和軸向止推軸承兩種類型。為了消除因不同心導(dǎo)致的磨損并使分離軸承與膜片彈簧內(nèi)端接觸均勻，膜片彈簧離合器廣泛采用自動調(diào)心式分離裝置結(jié)構(gòu)原理下圖 4.2。分離套筒支撐著分離軸承，它可以軸向移動。本設(shè)計采用自動調(diào)心分離軸承，其結(jié)構(gòu)如圖 4.2 所述。圖 4.2 動調(diào)心軸承裝置1— 分離軸承；2—波形彈簧；3—分離軸承罩；4—分離套筒金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)134.5 離合器殼體的設(shè)計離合器殼體是一個支撐體，上面固定著飛輪，通過飛輪傳遞發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩給壓盤。在設(shè)計過程中要注意以下幾個問題：（1）剛度問題離合器殼體的厚度一般為 3～5mm，材料選擇剛度較大的低碳鋼。（2）通風(fēng)散熱問題為了有良好的通風(fēng)壞境，使其散熱得更快，以保證工作溫度不至過高，所以離合器殼體上必須開很多的通風(fēng)口。通風(fēng)口一般設(shè)在押金彈簧座處。（3）對中問題離合器殼體內(nèi)裝有很多零件，為了保證離合器嫩鞏固正常工作，所以離合器內(nèi)的零件必須要有良好的對中性，才能保持系統(tǒng)中的平衡。離合器的對中方式一般有兩種：一、止口式，二、采用定位銷對中。本設(shè)計采用的是傳動片的傳動方式，所以對中形式是止口對中。4.6 材料的選擇4.6.1 摩擦片材料的選擇由于摩擦片的工作壞境較為惡劣，所以為了保證其使用壽命，要對材料有以下方面的要求：（1）摩擦系數(shù)大，且動摩擦系數(shù)與靜摩擦系數(shù)相近；（2）強(qiáng)度高，能承受沖擊，高速時不易破裂和剝落；（3）耐磨、耐腐蝕、耐高溫并且散熱性能好，熱變形??；（4）使用壽命越長（5）加工方便（6）價格低廉摩擦面常用的材料有：粉末冶金材料、石棉基材料和紙基材料。在該設(shè)計中，選取石棉合成物制成的摩擦片，目前車用離合器上廣泛使用的就是該材料。4.6.2 壓盤材料的選擇因?yàn)閴罕P的形狀復(fù)雜，而且需要良好的耐磨性，良好的傳熱傳遞和摩擦系數(shù)要高，所以大部分壓盤的硬度 HB 都在 170 到 227 之間，為了使其強(qiáng)度滿足要求，所以還需要添加一些合金元素。因此選擇 3 號灰鑄鐵，工作表面光潔度按經(jīng)驗(yàn)應(yīng)取 1.6。4.7 膜片彈簧4.7.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)14膜片彈簧是離合器的核心部件，它是由分離指和碟簧部分組成的。其內(nèi)孔圓周表面上均勻分布著有很多徑向槽，并且在槽的根部制成窗孔，再穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。離合器輸入力的大小就是由膜片彈簧變形程度決定的。膜片彈簧將壓力傳遞給飛輪，使飛輪壓緊從動盤。碟簧受壓后形變，卸載后恢復(fù)形狀。為了可以減少膜片彈簧根部的應(yīng)力集中并且方便膜片彈簧的固定，所以將分離爪跟碟簧交接部分的徑向槽是一個長方圓形孔。4.7.2 膜片彈簧基本參數(shù)計算選擇? 和 h 的計算選擇H設(shè)計膜片彈簧時，要考慮其非特性變形規(guī)律，為了膜片彈簧的使用獲得最佳性能。從操作的簡單方便與壓緊力在一個合適的范圍內(nèi)，本次設(shè)計選則的膜片彈簧的，其厚度在 之間選擇。2~5.1?hm4~2故初選 h=2 , =1.5 則 H=3 。hH? 比值和 R、r 的選擇r比值 的大小關(guān)系到材料的選擇。在選擇時，為了讓膜片上的壓力平均的分散在每寸面積上，所以其大端的直徑應(yīng)不小于摩擦片的直徑，近似的與摩擦片外半徑的長度相等。上文求得摩擦片 D=200mm，d=140mm。則 100 R 70 且接近 100，所以取 R=95mm，再接?合實(shí)際情況取 =1.2，即得 r=79mm。rR? α 的挑選當(dāng)膜片在沒有收到外在作用力的情況下，其兩個圓錐角 α 與 H 之間的關(guān)系較為緊密，在 之間，符合技術(shù)要求。62.10)795/(3arctn)/(arctn?????RH? ?15~9? 分離指數(shù)目 n 的選取分離指數(shù) n 通常取為 18，因此本文也選擇 n=18。? 切槽寬的長度 、 及半徑 大小的確定1?2er通過查資料可以得知 =3.2～3.5mm, =9～10mm。 的取值也需要應(yīng)滿足 r- 。2?er er?2?所以取 =3.5mm， =10mm。 取 60mm。 1?2er金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)15? 壓盤加載點(diǎn)半徑長度 和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑長度 的確定1R1r膜片彈簧的強(qiáng)度會因?yàn)?和 選取的大小而受其影響，所以 與 r 之間長度的大小不r 1能相差很大但也不能取相同值，因此 、 R 的長度也和上面一樣的道理。1所以本人取 =80mm， =94mm。1r1? 膜片彈簧小端半徑 及分離軸承的作用半徑f pr的大小是由離合器的結(jié)構(gòu)決定的，其值應(yīng)略大于變速器上主動軸花鍵外徑長度。分fr離軸承作用半徑 大于 。prf花鍵半徑取 D=30mm，為滿足 ，所以取 =20mm， =22mm。D?fr2frpr4.7.3 膜片彈簧的彈性特性工作狀態(tài)下膜片彈簧的子午斷面繞著斷面上的某中性點(diǎn) O 轉(zhuǎn)動。把膜片彈簧上所受到的壓力和 ， 兩力結(jié)合起來在集中的施加在某一支承點(diǎn)處，其1F相對軸向變形程度為 λ ，此時膜片彈簧的彈性特性如一下公式所表示 1]hr2r[r/ln]6h[f 21121211 ????? ）） （（）（ ）（）（）（ RHRREF ?????（4.1）式中，E 為所選材料的彈性模量，當(dāng)選取鋼材料時選取 E=2.1× 10 Mp；5μ：為材料的泊松比 鋼材料取 0.3，H 為膜片彈簧不受外力的狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度，高度為 5mm；膜片彈簧鋼板厚度 h，為 2mm；R、r 分別為完全放松狀態(tài)下碟簧的大、小端半徑，R 、 r 則是壓盤加載點(diǎn)和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑。1膜片彈簧的加載點(diǎn)會在離合器停止工作時發(fā)生轉(zhuǎn)變。設(shè)分離軸承對分離指端所加載荷為 F ，相應(yīng)作用點(diǎn)變形為 。在任何狀態(tài)下，只要當(dāng)膜片彈簧產(chǎn)生一定程度的變形，2 2?子午斷面從自由狀態(tài)下所轉(zhuǎn)過的角度也是相同的。如下1f2r???R（4.2）1f2rFR??（4.3）以上公式中，r 為分離軸承與分離指的接觸半徑的長度。f金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)16將上面兩公式一起代入公式（4.1）中，就可以得出 F 與 的關(guān)系為2?])*)([()(/ln])16[f 211221222 hrRHrRrEhF fff ?????????）（同樣的道理。我們也可以通過計算可以得到 F 與 和 F 與 的關(guān)系式。2假設(shè)在 F 作用下的彎曲變形為，那么分離指的移動行程 為 2 f?f1f2rR???為 壓盤的分離行程所需距離。f1?4.7.4 膜片彈簧強(qiáng)度校核膜片彈簧的子午斷面在 O 處沿圓周方向的切向應(yīng)變?yōu)榱?，所以這個點(diǎn)的切向應(yīng)力也是零 。而其他的點(diǎn)都會存在切向應(yīng)力和應(yīng)變。在子午斷面上建立左邊系，坐標(biāo)系的原點(diǎn)為 O。令 X 軸平行于子午斷面的上下邊，此時子午斷面上的任一點(diǎn)切向應(yīng)力都可由下式表示 ??xeyEt ??????????2/12（4.4） 為了分析斷面中斷向應(yīng)力的分布規(guī)律，將 式寫成 X 與 Y 的關(guān)系式 )5.3(?????????EeEYttt ????????????????2211（4.5） 金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)17圖 4.1 切向應(yīng)力在子圖斷面的分布由式 可知，膜片彈簧變形位置一定時，切向力在 X-Y 坐標(biāo)系里會呈線性分布。5.4當(dāng) 時 ，由于 的值非常小，所以 就相當(dāng)于式0t??X)2(Y??)2(???)2(???，上式又可以轉(zhuǎn)換 。這個式子表明了，對于一定的零應(yīng)力分布在)2(tg??tg?中性點(diǎn) O 而與 X 軸呈 角的直線上。從圖 可以得出結(jié)論 X=-e 時無論取值大小多)( 3.1少總會有 。 顯然，零應(yīng)力直線為 K 點(diǎn)與 O 點(diǎn)的連線，在零應(yīng)力直線內(nèi)側(cè)為e2Y??壓應(yīng)力區(qū)，外側(cè)為拉應(yīng)力區(qū)，等應(yīng)力直線離應(yīng)力直線越遠(yuǎn)，其應(yīng)力越高。此時 B 處切向應(yīng)力最大，A 處切向應(yīng)力最大，就可以得知 B 點(diǎn)的切應(yīng)力最大，所以在計算膜片彈簧的應(yīng)力時， B 處應(yīng)力就行， 所以把 B 點(diǎn)的坐標(biāo) 和 帶入式 有：只 需 校 核 r)-e(=X2hY?)4.5(??}2{1E2 ?????????????????ret 6.令 即可求得切向壓應(yīng)力最大值的轉(zhuǎn)角0dt? ??re2hP?由于： mm75.86)9/ln(5)l(??rRe求得 ，當(dāng)離合器完全分開時，此時子午斷面轉(zhuǎn)角 ，計算 tB?時， 取 。75.10?P pf???p所以 3.82MatB?B 點(diǎn)在分離軸承推力 F2 作用下還受到彎曲應(yīng)力： ??26hbnFrfrB???? )7.4(其中，n 表示分離指數(shù)目為 18表示單個分離指的根部寬 =rbrm56.7?由于 是與切向壓應(yīng)力 相互垂直拉應(yīng)力，所以根據(jù)最大剪應(yīng)力強(qiáng)度理論， B 點(diǎn)rB?tB?的當(dāng)量應(yīng)力式為： 2rfrhnb6FB）（ ??由式 帶入計算得)1.3( N31.01金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)18由式 可得)3.(NF1.24?所以 MPaB0t?106.7MPa =trBj ???實(shí)驗(yàn)表明，裂紋往往會在碟簧壓應(yīng)力最大點(diǎn)產(chǎn)生，但此裂紋并不能使膜片彈簧損壞，也不會明顯影響到碟簧的承載能力。并且在此設(shè)計中，膜片彈簧材料選擇為 60Si2MnA，應(yīng)使 不能大于 1500MPa。所以滿足要求。Bj?總 結(jié)本設(shè)計根據(jù)設(shè)計要求，先闡述了離合器的結(jié)構(gòu)與工作遠(yuǎn)離，再對離合器的基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)計計算。再對膜片彈簧離合器的主要零件進(jìn)行數(shù)據(jù)確定以及材料的選擇，并對膜片彈簧進(jìn)行強(qiáng)度分析。最終根據(jù)所得結(jié)論畫出膜片彈簧離合器的裝配圖與零件圖。在設(shè)計膜片彈簧離合器的過程中，為了使設(shè)計出的離合器更加合理。主要零件的數(shù)據(jù)計算及材料的選擇都遵循了結(jié)合柔和、操作輕便、分離徹底等離合器設(shè)計的要點(diǎn)。所以設(shè)計出的離合器便于安裝，并能有效得傳遞動力，符合國家標(biāo)準(zhǔn)。金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 總結(jié)19金陵科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 參考文獻(xiàn)20參考文獻(xiàn)[1]阮中堂,聯(lián)軸器、離合器設(shè)計選用指南[M], 北京,化學(xué)工業(yè)出版社 2005-10[2]劉惟信,汽車最優(yōu)化設(shè)計[M], 清華大學(xué)出版社 2002-7[3]王望予.汽車設(shè)計 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.2006.[4]李碩根,楊興駿 ,互換性與技術(shù)測量[M], 中國計量出版社 2005-9[5]機(jī)械設(shè)計手冊編委會,機(jī)械設(shè)計手冊[M], 機(jī)械設(shè)計出版社 2007-3[6]張毅，潘可耕，劉紅波.離合器及機(jī)械變速器[M].化學(xué)工業(yè)出版社.2005.[7]陳家瑞.汽車構(gòu)造 [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社.2005.[8]汽車標(biāo)準(zhǔn)匯編（2000-2004 ）[M]. 中國汽車技術(shù)研究中心標(biāo)準(zhǔn)研究所，2005.[9]余仁義,梁濤 .汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計[J].專用汽車.2003.[10]張衛(wèi)波.汽車膜片彈簧離合器智能優(yōu)化設(shè)計技術(shù)研究[J].中國工程機(jī)械學(xué)報 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