大众速腾轿车离合器设计[推式膜片弹簧离合器]

大众速腾轿车离合器设计[推式膜片弹簧离合器],推式膜片弹簧离合器,大众,轿车,离合器,设计,膜片,弹簧 SY-025-BY-2 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 郭峰 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程07- 班 指导教师姓名 石美玉 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是√否 题目名称 大众速腾轿车离合器设计 一、设计（论文）目的、意义 离合器看似结构简单，但是其结构的发展却经历了上百年的历史，融合了几代人的智慧和心血。其设计理论也从传统的机械、力学领域，深入到热、电、材料、控制等众多领域。目前，离合器的发展也面临着用新的技术进行改造和提高的问题。我国的车辆工业相对于世界上其他先进国家相对落后，虽然从国外引进了许多新产品、新技术，但是对传统技术的消化掌握还有一段距离。课题立足于国内，以最常用的膜片弹簧离合器进行设计，希望能起到抛砖引玉的作用，使离合器的自主开发能力及产品设计水平进一步提高。通过对汽车离合器现有的各种类型进行研究，并对部分结构进行改进，使设计的离合器具有较高的性能质量和较低的成本。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 设计内容： 1.离合器设计的目的意义、国内外现状； 2.离合器的功用、分类与工作原理； 3.离合器的设计理论； 4.大众速腾轿车离合器离合器设计； 5.离合器性能结构分析。 技术要求： 发动机排量1.6L； 最大功率(Kw(ps)/rpm)74/6000； 最大扭矩(N•m/rpm)145/3800； 最高车速(km/h) 185； 要求：推式膜片弹簧离合器； 生产纲领：成批生产。 三、设计（论文）完成后应提交的成果 CAD绘制离合器装配图、零件图折合0号图纸3张以上；设计说明书15000字以上。 四、设计（论文）进度安排 （1）知识准备、调研、收集资料、完成开题报告 第1～2周（2.28～3.11） （2）整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、绘制装配草图 第3～5周（3.14～4.1） （3）理论联系实际、分析问题、解决问题，完成完成离合器的设计计算，主要性能参数验算，离合器性能结构分析，CAD绘制离合器图纸等部分设计内容，中期检查 第6～8周（4.4～4.22） （4）改进完成设计，改进完成设计说明书，指导教师审核，学生修改 第9～12周(4.25～5.20) （5）评阅教师评阅、学生修改 第13周（5.23～5.27） （6）毕业设计预答辩 第14周（5.30～6.3） （7）毕业设计修改 第15～16周（6.6～6.17） （8）毕业设计答辩 第17周（6.20～6.24） 五、主要参考资料 1.徐石安，江发潮.汽车离合器（汽车设计丛书）.北京：清华大学出版社，2005 2.阮中堂.联轴器、离合器设计与选用指南.北京：化学工业出版社，2005 3.陈立德主编.《机械设计基础》.高等教育出版社，2000.4 4.王宝玺主编.《汽车制造工艺学》（3）.机械工业出版社，2007.5 5.陈秀宁，施高义编.《机械设计课程设计》.浙江大学出版社 6.刘惟信主编.《汽车设计》.清华大学出版社， 7.李硕根，杨兴骏编.《互换性与技术测量》.中国计量出版社 8.汽车构造、汽车理论、汽车设计书籍 9.大众速腾轿车离合器资料 10.网络资源，超星数字图书馆 11.近几年相关专业CNKI网络期刊等 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 本科学生毕业设计 大众速腾轿车离合器设计 院系名称： 汽车与交通工程学院 专业班级： 车辆工程 B07-7班 学生姓名： 郭峰 指导教师： 石美玉 职 称： 教授 黑 龙 江 工 程 学 院 二○一一年六月 The Graduation Thesis for Bachelor's Degree Design of Clutch of SAGITAR Car Candidate：Guo Feng Specialty：Vehicle Engineering Class：B07-7 Supervisor：Professor. Shi Meiyu Heilongjiang Institute of Technology 2011-06·Harbin 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目: 大众速腾轿车离合器设计 院 系 名 称: 汽车与交通工程学院 专 业 班 级: 车辆工程07-7 学 生 姓 名: 郭峰 导 师 姓 名: 石美玉 开 题 时 间: 2011年3月11日 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日 SY-025-BY-3 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 郭峰 系部 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程07-7 指导教师姓名 石美玉 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 大众速腾轿车离合器设计 一、 课题研究现状、选题目的和意义 1.课题研究现状 现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。 离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可以根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机和变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。 从1891年摩擦式汽车离合器的诞生，到1948年液力变矩器的出现，再到各种智能控制技术不断应用于汽车工业，汽车离合器技术始终伴随着汽车工业的发展而发展。随着新兴汽车传动技术的越来越普及应用，传统的汽车离合器将逐渐淡出历史舞台。 在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到20世纪20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。 现今所用的盘式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。 浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定。 石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。20世纪20年代末，直到进入30年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才使用多片离合器。 早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是，由于单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。 实际上早在1920年就出现了单片干式离合器，这和前面提到的发明了石棉基的摩擦面片有关。但在那时相当一段时间内，由于技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在接合时不够平顺的问题。第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上的，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧，沿着圆周布置直接压在压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀，并减小了轴向尺寸。 多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式摩擦离合器，因为它具有从动部分转动惯量小、散热性好、结构简单、调整方便、尺寸紧凑、分离彻底等优点，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到接合盘式平顺，因此现在广泛采用于大、中、小各类车型中。 如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和载荷。 随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更好地降低传动系的噪声。 对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传扭能力，提高使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的2倍。但受到其他客观因素的影响，实际的效果要比理论值低一些。 近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93℃)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5-6倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。 2.选题的目的意义 了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法。了解压盘和膜片弹簧的结构。掌握压盘和膜片弹簧的设计方法。通过对以上几个方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，掌握设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。离合器的发展也面临着用新的技术进行改造和提高的问题。我国的车辆工业相对世界上其他先进国家相对落后，虽然从国外引进了许多新产品、新技术，但是对传统技术的消化掌握还有一段距离。课题立足于国内，以最常用的膜片弹簧离合器进行设计，通过对汽车离合器现有的各种类型进行研究，并对部分结构进行改进，使设计的离合器具有较高的性能质量和较低的成本。 二、设计（论文）的基本内容、拟解决的主要问题 （一）设计的基本内容 1.大众速腾轿车及离合器参数查阅 2.离合器总体结构方案确定 3.主要零件的参数设计与校核 4.主要零件CAD图纸的绘制 （二）拟解决的主要问题 1.摩擦式离合器的基本结构尺寸和参数选择 2.离合器各零件的结构选型及设计计算 3.膜片弹簧强度校核、主要参数的选择 4.完成离合器装配图 三、技术路线（研究方法） 研究摩擦式离合器的基本结构 对离合器的各个零件进行数据计算 对膜片弹簧的选择及强度校核 对从动盘、压盘和离合器进行总成设计 离合器操纵机构的设计 完成离合器的装配图 完成设计说明书 完成设计 利用CAD画出各个零件的零件图 四、进度安排 （1）知识准备、调研、收集资料、完成开题报告 第1~2周（2.28~3.11） （2）整理资料、提出问题、撰写设计说明书草稿、绘制装配草图 第3~5周（3.14~4.1） （3）理论联系实际、分析问题、解决问题，完成离合器的设计计算，主要性能参数验算，离合器性能结构分析，CAD绘制离合器图纸等部分设计内容，中期检查 第6~8周（4.4~4.22） （4）改进完成设计，改进完成设计说明书，指导教师审核，学生修改 第9~12周（4.25~5.20） （5）评阅教师评阅、学生修改 第13周（5.23~5.27） （6）毕业设计预答辩 第14周（5.30~6.3） （7）毕业设计修改 第15~16周（6.6~6.17） （8）毕业设计答辩 第17周（6.20~6.24） 五、参考文献 1.阮中堂,联轴器、离合器设计选用指南[M], 北京,化学工业出版社 2005-10 2.刘惟信,汽车最优化设计[M], 清华大学出版社 2002-7 3.李硕根,杨兴骏,互换性与技术测量[M], 中国计量出版社 2005-9 4.机械设计手册编委会,机械设计手册[M], 机械设计出版社 2007-3 5. 高翔.膜片弹簧应力测试研究[J].江苏理工大学学报, 1997,5：35 ～36 6.刘红欣.膜片弹簧应力分布的实验和有限元分析[J]力学与实践, 1997,(03)：26～28 7.苏军,吴建国.碟形弹簧特性曲线非线性有限元计算[J]力学与实践, 1997,(04) ：18～22 8.张卫波.汽车膜片弹簧离合器智能优化设计技术研究.中国工程机械学报2007(01)：67～70 9.阎春利，张希栋.汽车离合器膜片弹簧的优化设计[J].林业机械与木工设备, 2006，3：33～35 10.廖林清，曹建国. 汽车离合器膜片弹簧的三次设计[J].四川兵工学报, 1997，2：24～26 11.司传胜.汽车膜片弹簧离合器的优化设计[J].林业机械与木工设备, 2004，12：33～34 12．.Liu Weixin，Ge Ping，Li Wei. Optimal Design Torsional Dampers in Automobile Clutch. Proceedings of the International Conference on CAD of Machinery.1991，Sept：16～20， 13.Li WeiLiu，Weixin. New Methods to Raise Accuracy for Road Unevenness Measurement. in：Ahmadian M ，ed．Advanced Automotive Technologies.1993，12：65～70 14.Ahern,Kathy,Manathunga,Catherine. clutch-Starting Stalled Research Students. Innovative Higher Education.2004，22 :237～254 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 毕业设计（论文）过程管理材料 题 目 大众速腾轿车离合器设计 学生姓名 郭峰 院系名称 汽车与交通工程学院 专业班级 车辆工程B07-7 指导教师 石美玉 职 称 教授 教研室 车辆工程教研室 起止时间 2011.2.28～2011.6.24 教 务 处 制 毕业设计指导教师评分表 学生姓名 郭峰 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程07-7 指导教师姓名 石美玉 职称 教授 从事 专业 车辆工程 是否外聘 □是■否 题目名称 大众速腾轿车离合器设计 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 20 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 10 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 8 科学素养、学习态度、纪律表现；毕业论文进度 10 得 分 X= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 工作态度： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计评阅人评分表 学生 姓名 郭峰 专业 班级 车辆工程07-7 指导教 师姓名 石美玉 职称 教授 题目 　大众速腾轿车离合器设计 评阅组或预答辩组成员姓名 纪峻岭，臧杰，鲍宇，孙远涛，朱荣福 出席 人数 5 序号 评 价 项 目 满分 得分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况；题目难易度 10 2 题目工作量；题目与工程实践、社会实际、科研与实验室建设等的结合程度 10 3 综合运用知识能力（设计涉及学科范围，内容深广度及问题难易度）；应用文献资料能力 15 4 设计（实验）能力；计算能力（数据运算与处理能力）；外文应用能力 25 5 计算机应用能力；对实验结果的分析能力（或综合分析能力、技术经济分析能力） 15 6 插图（图纸）质量；设计说明书撰写水平；设计的实用性与科学性；创新性 20 7 设计规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等） 5 得 分 Y= 评 语：（参照上述评价项目给出评语，注意反映该论文的特点） 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 评阅人或预答辩组长签字： 年 月 日 注：毕业设计（论文）评阅可以采用2名评阅教师评阅或集体评阅或预答辩等形式。 毕业设计答辩评分表 学生 姓名 郭峰 专业 班级 车辆工程07-7 指导 教师 石美玉 职 称 教授 题目 大众速腾轿车离合器设计 答辩 时间 月 日 时 答辩组 成员姓名 纪峻岭，臧杰，鲍宇，孙远涛，朱荣福 出席 人数 5 序号 评 审 指 标 满 分 得 分 1 选题与专业培养目标的符合程度，综合训练情况，题目难易度、工作量、与实际的结合程度 10 2 设计（实验）能力、对实验结果的分析能力、计算能力、综合运用知识能力 10 3 应用文献资料、计算机、外文的能力 10 4 设计说明书撰写水平、图纸质量，设计的规范化程度（设计栏目齐全合理、SI制的使用等）、实用性、科学性和创新性 15 5 毕业设计答辩准备情况 5 6 毕业设计自述情况 20 7 毕业设计答辩回答问题情况 30 总 分 Z= 答辩过程记录、评语： 自述思路与表达能力：好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 回答问题： 正确□ 基本正确□ 基本不正确□ 不能回答所提问题□ 研究能力或设计能力：强□ 较强□ 一般□ 较弱□ 很弱□ 工作量： 大□ 较大□ 适中□ 较少□ 很少□ 说明书规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 图纸规范性： 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 成果质量（设计方案、设计方法、正确性） 好□ 较好□ 一般□ 较差□ 很差□ 其他： 　 答辩组长签字： 年 月 日 毕业设计（论文）成绩评定表 学生姓名 郭峰 性别 男 院系 汽车与交通工程学院 专业 车辆工程 班级 B07-7班 设计（论文）题目 大众速腾轿车离合器设计 平时成绩评分（开题、中检、出勤） 指导教师姓名 职称 指导教师 评分（X） 评阅教师姓名 职称 评阅教师 评分（Y） 答辩组组长 职称 答辩组 评分（Z） 毕业设计（论文）成绩 百分制 五级分制 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院系公章： 年 月 日 注：1、平时成绩（开题、中检、出勤）评分按十分制填写，指导教师、评阅教师、答辩组评分按百分制填写，毕业设计（论文）成绩百分制=W+0.2X+0.2Y+0.5Z 2、评语中应当包括学生毕业设计（论文）选题质量、能力水平、设计（论文）水平、设计（论文）撰写质量、学生在毕业设计（论文）实施或写作过程中的学习态度及学生答辩情况等内容的评价。 优秀毕业设计（论文）推荐表 题 目 大众速腾轿车离合器设计 类别 设计 学生姓名 郭峰 院（系）、专业、班级 汽车与交通工程学院车辆工程07-7班 指导教师 石美玉 职 称 教授 设计成果明细： 答辩委员会评语： 答辩委员会主任签字（盖章）： 院、系公章： 年 月 日 备 注： 注：“类别”栏填写毕业论文、毕业设计、其它 黑龙江工程学院本科生毕业设计 摘 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。 本文主要是对轿车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据推式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径D的确定，离合器后备系数β的确定，单位压力P的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计和膜片弹簧设计等。 关键词：离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片 ABSTRACT Automobile clutch is an important part of the power train of the car ,it plays an important role. The main purpose of this design is using traditional methods to learn the basic steps, comprehending the design process, using the learned knowledge to the design process, thus a more solid grasp of the knowledge learned. This paper is a car diaphragm spring clutch design. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the clutch system design steps and requirements for the following main tasks: choosing the main design parameters are: the determination of friction plate diameter, back-up clutch coefficient determination unit to determine the pressure. And designed primarily for the assembly: the design of separation devices , as well as the follower plate follower piece design includes the design and the design of the driven wheel disc, part of the design of the initiative, including the pressure plate, Clutch cover design, flexible drive chip design, which covered the design of the clutch is a simple design, is designed to manipulate the whole body out of the trip pedal, pedal power, with the ergonomic requirements. To reverse the shock absorber of the coil spring design. Key words：Clutch; Diaphragm spring; Driven plate; Pressure late; Friction disc II 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 第1章 绪 论 1 1.1研究现状 1 1.2离合器结构和工作原理 1 1.3设计内容 2 第2章 离合器结构的设计 3 2.1 设计参数和结构要求 3 2.2 摩擦片的选择 3 2.3 压盘的选择方式 3 2.4 压紧弹簧的选择与布置 3 2.5 分离轴承的选择形式 4 2.6离合器通风散热的解决措施 5 2.7 本章小结 6 第3章 离合器基本结构参数的计算和确定 7 3.1 摩擦片内径、外径的确定 7 3.2摩擦片上单位压力的确定 8 3.3离合器后备系数的确定 8 3.4 本章小结 9 第4章 离合器从动盘总成的设计 10 4.1从动盘的结构 10 4.2 从动盘设计 10 4.2.1 从动片的选择 11 4.2.2 摩擦片的材料的确定 11 4.2.3 从动盘毂的设计 12 4.3 减震弹簧的设计 13 4.4 本章小结 14 第5章 离合器膜片弹簧 15 5.1 膜片弹簧的结构 15 5.2 膜片弹簧的弹性变形特性 15 5.3 膜片弹簧的参数尺寸确定 17 5.3.1 R和R/r的选取 17 5.3.2 膜片弹簧起始圆锥底角 17 5.3.3分离指数目、切槽宽、窗孔槽宽、及半径 17 5.3.4 H/h的比值选取 17 5.3.5压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定 18 5.4 膜片弹簧的计算 18 5.5 本章小结 21 第6章 离合器盖总成的设计 22 6.1压盘尺寸的确定 22 6.2压盘的传力方式的确定 23 6.3 压盘和传力片的材料选择 23 6.4 离合器盖的设计 23 6.5 本章小结 23 第7章 分离装置和操纵机构的设计 25 7.1 分离套筒和分离轴承的设计 25 7.2 操纵机构的机构形式 25 7.3 操纵机构的设计计算 25 7.4 本章小结 26 结 论 27 参考文献 28 致 谢 29 附 录 30 第1章 绪 论 1.1研究现状 现代各类汽车上应用的最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目不同、压紧弹簧布置形式不痛、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分为很多种。按作用力方向可分为推式和拉式。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片弹簧是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。所以膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高、寿命长，结构简单紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下有很大的优点。 早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。本次设计的目的是克服上述困难，使离合器的尺寸减小，便于安装盒布置；减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。 1.2离合器结构和工作原理 离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分与从动部分可以暂时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭矩传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡的功能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平稳，三是防止汽车传动系过载。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。在膜片弹簧离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。 (a) (b) (c) 图1.1 膜片弹簧离合器工作原理示意图 a—安装前位置；b—安装后；c—分离位置 1—飞轮； 2—摩擦片； 3—离合器盖； 4—分离轴承； 5—压盘； 6—膜片弹簧； 7— 支撑环 膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离DL。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了。 1.3设计内容 本设计的目的是减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。本设计就是设计膜片弹簧离合器，在设计中对各种离合器类型进行分析，确定出结构方案，再对离合器的各基本参数进行选择计算，设计出各个零件，最终设计出使用于普通轿车的车用离合器。 第2章 离合器结构的设计 2.1 设计参数和结构要求 表2.1 大众速腾车型的参数 名称 参数 发动机最大功率及转速 74Kw/6000rpm 发动机最大转矩及转速 145 N.m/3800rpm 发动机排量 1.6L 最高车速 185km/h 2.2 摩擦片的选择 单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车，因此该设计选择单片离合器。 2.3 压盘的选择方式 压盘在与离合器盖连接后带动摩擦片转动。压盘在工作中属于主动传动，在飞轮和离合器盖得带动下传递扭矩。在不传递扭矩时，应能够与从动盘脱离接触，所以这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。 压盘和飞轮的连接方式有很多种，有凸块—窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等，现在一般采用弹性传动片式。在传动过程中会有摩擦和震动。压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎。同时压盘还应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形。以免影响摩擦片的均匀压紧与离合器的彻底分离。 2.4 压紧弹簧的选择与布置 离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点： （1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力； （2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小； （3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降； （4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命； （5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生产，降低制造成本。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜片弹簧式离合器。 2.5 分离轴承的选择形式 分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置结构原理如图2.1。它有旋转轴承，轴承罩，波形片簧如图2.1中2，它由厚约为0.7㎜的65Mn钢带制成，油淬、模内回火度HRC43～51）及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动1mm左右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。 分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有3~4mm间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。本设计采用自动调心分离轴承，其结构如图2.1所述。 图2.1 动调心轴承装置 1— 分离轴承；2—波形弹簧；3—分离轴承罩；4—分离套筒 2.6离合器通风散热的解决措施 离合器在工作时会产生很高的温度。在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180℃以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过200℃时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。同时会降低压盘的传力特性。在更高的使用条件下，该温度有可能达到1000℃。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，一般不小于10mm。 2.7 本章小结 根据任务书中给定的车型，对离合器的结构进行了布置。包括对摩擦片、压紧弹簧、压盘、分离轴承和通风散热结构的设计。 第3章 离合器基本结构参数的计算和确定 3.1 摩擦片内径、外径的确定 摩擦片外径D（mm）也可以根据发动机最大转矩Temax（N.m）按如下经验公式选用 （3.1） 式中：KD—直径系数，取值范围见表3.1。 表3.1 直径系数的取值范围 车 型 直径系数 乘用车 14.6 最大总质量为1.8～14.0t的商用车 16.0～18.5(单片离合器) 13.5～15.0(双片离合器) 最大总质量大于14.0t的商用车 22.5～24.0 由选车型得Temax= 145×1.5=217.5N·m，KD =14.6。 则将各参数值代入式后计算得 D=215.3mm。 根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3.2。 表3.2 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB1457—74） 外径D/mm 160 180 200 225 250 280 300 325 350 内径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/D 0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 1－ 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 单位面积F/ 106 132 160 221 302 402 466 546 678 应取：摩擦片相关标准尺寸： 外径D=225mm 内径d=150mm 厚度h=3.5mm 内径与外径比值C′=0.667 1－=0.703。 3.2摩擦片上单位压力的确定 离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。 前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸：外径D=225mm内径d=150mm，厚度h=3.5mm，内径与外径比值C′=0.6670 。又初选=1.5运用公式（3.2）可以校核单位压力P： T=PD(1－) (3.2) 式中：Z—单片离合器取2； —摩擦系数，可取=0.26。 代入相关数据则得：P=0.206MP 。 3.3离合器后备系数的确定 后备系数β保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一般是参照统计质料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式等特点，初步选定后备系数β。 表3.3　离合器后备系数的取值范围 车 型 后备系数β 乘用车及最大总质量小于6t的商用车 1.20～1.75 最大总质量为6～14t的商用车 1.50～2.25 挂车 1.80～4.00 结合设计实际情况，故选择β=1.5。 3.4 本章小结 本章的设计对于离合器的最终设计是非常重要的，根据给定车型的扭矩、功率，通过经验公式计算出摩擦片的内外径。根据车型的不同选择出适合本车型的后备系数β。最后通过摩擦片的尺寸和后背系数计算出摩擦片的单位压力，确定单位压力是否在许用范围内。经过计算单位压力在许用范围内。 第4章 离合器从动盘总成的设计 4.1从动盘的结构 从动盘是离合器工作中的重要部件，它位于两片摩擦片之间。用于改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。图4.1说明了离合器从动盘的结构，从动盘主要由从动片，从动盘毂，，摩擦片等组成，由下图4-1可以看出，摩擦片1，10分别用铆钉铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片3用限位销5和减振盘9铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片3和减振盘9上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片和减振盘之间的从动盘毂6法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧8，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片4。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。 图4.1 带扭转减振器的从动盘 1，10—摩擦片；2波形弹簧片；3—从动盘钢片；4—摩擦阻尼片； 5—铆钉；6从动盘毂；7—调整垫片；8—减震弹簧；9—减震盘； 4.2 从动盘设计 从动盘总成由摩擦片、从动片、减震器和从动盘穀等组成。它虽然对离合器工作性能影响很大的构件，但是其工作寿命薄弱，因此在结构和材料上的选择是设计的重点。从动盘总成应满足如下设计要求： （1）从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时齿轮间的冲击。 （2）从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。 （3）应安装扭转减震器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 4.2.1 从动片的选择 汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档）。设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用1.3~2.mm厚的薄钢板冲压而成,为了进一步减小从动片的转动惯量,有时将从动片外缘的盘形部分磨至0.65～1.0mm,使其质量更加靠近旋转中心。 为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都作成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的磨损。 具有轴向弹性的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片、及组合式弹性从动片。， 在本设计中，因为设计的是轿车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，离合器从动片采用2mm厚的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取225mm，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。 4.2.2 摩擦片的材料的确定 摩擦片是离合器中传动系的重要部件。摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求： （1）应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。 （2）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。 （3）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。 （4）热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦。 （5）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。 （6）油水对摩擦性能的影响应最小。 （7）结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。 通过选取,车用离合器上一般采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数。冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在该设计中汽车使用条件良好，所以仍选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。 固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。 4.2.3 从动盘毂的设计 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩Temax按国标GB1144－74选取。 花键的尺寸选定后应进行强度校核。由于花键的损坏形式主要是表面受力过大而破坏，所以花键要进行挤压应力校核，如果应力偏大可以适当增加花键毂的轴向长度。 花键挤压应力校核公式如下： =（MPa） 　　　　 （4.1）　　　　　　　　　 式中：P——花键的齿侧面压力，它有下式确定： P= （4.2） D ′,d′——分别为花键的外径，内径，m; Z——从动盘毂的数目; T——发动机最大转矩，N.m; N——花键齿数; h——花键齿工作高度，m； ; l——花键有效长度，m。 代入相关数据可得：P=33300N，=18.5MP，该花键毂花键的=18.5MP﹤[]=20MP，所以该花键毂花键的尺寸合适。 表4.1 从动盘毂花键尺寸系列 从动盘外径D/㎜ 发动机转矩/N.m 花键齿数n 花键外径/㎜ 花键内径/㎜ 齿厚/㎜ 有效齿 长l/㎜ 挤压应力/M 160 49 10 23 18 3 20 9.8 180 69 10 26 21 3 20 11.6 200 108 10 29 23 4 25 11．1 225 147 10 32 26 4 30 11．3 250 196 10 35 28 4 35 10．2 280 275 10 35 32 4 40 12．5 300 304 10 40 32 5 40 10．5 325 373 10 40 32 5 45 11．4 350 471 10 40 32 5 50 13．0 4.3 减震弹簧的设计 减震弹簧的材料采用65号弹簧钢丝，即根据布置上的可能性来确定减振器弹簧设计相关尺寸。 （1）减振弹簧的分布半径R R的尺寸应尽可能取大些，一般取 R=（0.65～0.75）d／2(式中d为离合器摩擦片内径) 所以R=0.7×150／2=52.5mm。 （2）减震弹簧数量Z 如下表4.2 Z=6。 （3）扭转减震弹簧的总压力P P=T／R （4.3） 式中：T为极限转矩，乘用车取T=2.0 T。 T代入上式得：P= T／R =2.0 T／R=5523N。 表4.2 减振弹簧数量选取表 离合器摩擦片外径/㎜ 减振弹簧数量Z 225～250 4～6 250～325 6～8 325～350 8～10 （4）单个弹簧的工作载荷p （4.4） 代入数据得:P= P／Z=5523N／6=920.5N。 （5）减震弹簧尺寸 弹簧中径D一般由结构布置来决定,通常D=11～15mm左右,取D=11mm 弹簧钢丝直径d: 通常d取3～4mm，所以取d=3mm。 弹簧刚度K： （4.4） 代入数据得：K= =9206N/m。 减振弹簧的最小高度l: l=n(d+)≈1.1dn=1.1×4×6=19.8mm。 减振弹簧总变形量： =F/K=0.5mm。 减振弹簧自由高度l= l+=26.4+5.20=20.3mm。 减振弹簧预变形量===0.2mm。 减振弹簧安装工作高度l：l= l－=20.1mm。 4.4 本章小结 本章对从动片、从动盘毂、摩擦片的材料和减震弹簧进行了设计。包括从动片的尺寸、从动盘毂的尺寸。从动盘毂花键的选择通过查表和摩擦片的大小可选择。并对从动盘毂的强度进行了校核。减震弹簧的数量、尺寸、强度也进行了计算。 第5章 离合器膜片弹簧 5.1 膜片弹簧的结构 本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。在设计中采用推式结构。 膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，称作碟簧部分。 膜片弹簧的作用机理就是通过其弹性特性改变输入力的大小。通过变形提供压力。碟形弹簧的弹性作用是沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角R＞4.5。 5.2 膜片弹簧的弹性变形特性 膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的，它是一中非线性的弹簧，其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的特性变形特性，图5.1画出了几种情况下的弹性特性曲线。一般可以分成下列四中情况： ⑴＜ 如下图5.1中H/h=0.5的曲线，其曲线形状表现为:通过增加载荷P，从而使变形总是不断增加。这种弹簧的刚度很大，可以承受很大的载荷。 ⑵= 如图5.1中H/h=1.5≈的曲线，弹性特性曲线在中间有一段很平直，变形的增加,载荷P几乎不变。 ⑶＜＜2 如图5.2中=2.75，弹簧弹性曲线变量如图，即当增加变形时，反而减小载荷，有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧，利用其负刚度区，达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的，从而选择出更适合的弹性特性。当然负刚度过大也不适宜，以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大。 ⑷＞ 如下图5.2，特性曲线中有更大的负刚度不稳定工作区，这种区域的产生会有负值的区域。 图5.1 三种不同H/h值时的无因次特曲线 图5.2 各种不同H/h值时的无因次弹性变形特性 5.3 膜片弹簧的参数尺寸确定 5.3.1 R和R/r的选取 研究表明，比值越大，弹簧材料的利用率越低。弹簧越硬，弹性特性曲线收到直径误差的影响越大，且应力越大。根据结构布置和压紧力的要求，比值为1.2-1.5。碟形弹簧储存弹性的能力为最大，就是说弹簧的质量利用率和好。为使摩擦片上的压紧力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径。因此设计用来缓和冲击，吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧，设计上并不需要储存大量的弹性能，而是根据结构布置与分离的需要来决定，对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应，大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。 表 5.1 一些车型膜片弹簧的R和R/r的值 车型 外径（mm） 内径（mm） 膜片弹簧大端半径2R（mm） R/r 丰田 225 160 206 103/81=1.27 北京BJ751 228 150 210 105/8.5=1.25 上海SH771 280 165 252 126/103.5=1.21 初步确定R=118mm；r=94mm 所以，R/r=94/118=1.25 5.3.2 膜片弹簧起始圆锥底角 汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在10°～14°之间，≈代入数值计算可得：=11.3°。 5.3.3分离指数目、切槽宽、窗孔槽宽、及半径 汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n＞12，一般在18左右，采用偶数，便于制造时模具分度切槽宽≈3mm，≈10mm，窗孔半径rg一般情况下有（r－r）≈(0.8～1.4) ,所以取r－r=1 =10mm。 参考下表5.2 5.3.4 H/h的比值选取 计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其特性曲线的形状，以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的H/h值的范围在1.5～2.5之间。 我设计的膜片弹簧，H=5.0mm；h=3mm。所以，==1.67。 表5.2一些车型膜片弹簧的分离爪数n、切槽宽、及半径 车型 n （mm） （mm） r－（mm） 丰田 18 3.2 9 11 北京BJ751 18 3.2 11 13 上海SH771 18 3.2 11 12.5 雪佛兰 18 3.2 10 10 参考上表取n=18，δ1=3mm，δ2=10mm，rg=84mm 5.3.5压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定 应略大于且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R。本设计取R1=116mm，r1 =96mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60SizMnA，当量应力可取为1600～1700N/mm2。 5.4 膜片弹簧的计算 （1）压紧力p1与变形力λ1之间的关系 =H－[H－()]+ （5.1） 式中：E—弹性模数，钢材料取E=2.0×10Mp； —泊松比，钢材料取0.3； h—弹簧片厚，3mm； H—碟簧部分内截锥高，5mm； R—碟簧部分外半径（大端半径），118mm； r—碟簧部分内半径，94mm； L—膜片弹簧与压盘接触半径，116mm； l—支承环平均半径，96mm。 设 =，=，将、代入公式(7.1)， 可化简为： = ln[(－)(-)+1] （5.2） 把有关数值代入上述各式，得： P=11777.88 =2.4 =0.144－0.6757+0.9385 令d/d=0 得： 0．431-1.35+0.938=0 凸点：λ1=0.7mm p1=3366N 凹点：λ1=5.5mm p1=3416N 图6.3 膜片弹簧弹性特性曲线 （1） 膜片弹簧的强度计算 假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动。断面在O点沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零，O点以外的点均存在切向应变和切向应力。现选定坐标于子午断面，使坐标原点位于中性点O。令X轴平行于子午断面的上下边，则断面上任意点的切向应力为： (5.3) 为了分析断面中断向应力的分布规律，将（5.3）式写成Y与X轴的关系式： (5.4) 图6.4 切向应力在子午断面的分布 由上式可知，当膜片弹簧变形位置ϕ一定时，一定的切向力αt在X-Y坐标系里呈线性分布。 当时，因为的值很小，我们可以将看成，由上式可写成。此式表明，对于一定的零应力分布在中性点O而与X轴呈角的直线上。从式6-4可以看出X=-e时无论取任何值都有。显然，零应力直线为K点与O点的连线，在零应力直线内侧为压应力区，外侧为拉应力区，等应力直线离应力直线越远，其应力越高。有次可知，碟簧部分内缘B处切向应力最大，A处切向应力最大，分析表明，B点的切应力最大，计算膜片弹簧的应力只需校核B处应力就可以了，将B点的坐标X=（e-r）和Y=h/2带入（5.5）式有： （5.5） 令可以求出切向压应力达极大值的转角 由于： mm 所以： ，σtB =-2213N/mm2 B点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力F2作用下还受有弯曲应力： （5.6） 式中 n——分离指数目 n=18 br——单个分离指的根部宽 br=11.16mm σrB=690N/mm2 由于σrB是与切向压应力σtB垂直的拉应力，所以根据最大剪应力强度理论，B点的当量应力为： σjB=σrB－σtB=1523Mpa σjB<σBj=1700Mpa 膜片弹簧的设计应力一般都稍高于材料的局限，为提高膜片弹簧的承载能力，一般要经过以下工艺：先对其进行调质处理，得到具有较高抗疲劳能力的回火索氏体，对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持12～14h），使其高应力区产生塑性变形以产生残余反向应力，对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理，提高弹簧疲劳寿命，对分离指进行局部高频淬火或镀铝，以提高其耐磨性。 故膜片弹簧和当量应力不超出允许应力范围，所以用设数据合适。 5.5 本章小结 在设计的时候先了解膜片弹簧的结构特点，对其变形和加载方式有所了解，最后有目的的选择膜片弹簧的结构参数尺寸，根据公式计算出其弹性特性曲线，如果该曲线不符合本离合器的使用要求，调整结构参数，再次计算，最终得到合适的曲线，选择合适的工作点，如B点，A点等。 第6章 离合器盖总成的设计 6.1压盘尺寸的确定 由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定，故压盘的内外径也可因此而确定。压盘的外径D=230mm，压盘内径d=155mm。 在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短，因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必然导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。 由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由飞轮和压盘等零件吸收，为了使每次接合时的温升不致过高，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。 鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于15mm），但一般不小于10mm。 在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为15mm。 在初步确定该离合器压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，其接合一次的温升不得超过8°—10°。若温升过高可以适当增加压盘的厚度。 根据下面公式（5.1）来进行校核： = （6.1） 式中：——温升，℃； L——滑磨功，N.m,L=0.5JW= ,m=m==4.551kg； ——分配到压盘上的滑磨功所占的百分比：单片离合器压盘=0.5； C——压盘的比热容，对铸铁压盘，C=481.4J/(kg·°c)； m——压盘质量。 根据公式（6.1）代入相关数据可得:=2.39℃ 此数值=2.39℃＜8°—10°， 故该厚度符合要求。 6.2压盘的传力方式的确定 压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。 6.3 压盘和传力片的材料选择 压盘形状一般比较复杂，而且还需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为HB170～227，其摩擦表面的光洁度不低与1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中用材料为3号灰铸铁JS—1，工作表面光洁度取为1.6。 传力片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。选择三组，每组2片，每片厚度h=1mm，由钢带65Mn制成，传力片上孔间距离l=50mm，孔的直径d=6mm 6.4 离合器盖的设计 对离合器盖结构设计的要求： （1）应具有足够的刚度，否则将影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，亚种时使摩擦面不能彻底分离。为此可采取如下措施：适当增大盖得板厚，一般为2.5-4.0mm；在盖上冲制加强肋或在盖内周边处翻边；尺寸大的离合器盖可改用铸铁铸造。 （2）应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。对中方式采用定位销或者定位螺栓。 （3）盖的膜片弹簧支撑处应具有高的尺寸精度。 （4）为了便于通风散热，防止摩擦面表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。 6.5 本章小结 离合器盖总成包括压紧弹簧、离合器盖、压盘、传力片、分离杠杆和支撑环。本章对离合器的压盘、离合器盖等主动部分进行了设计。保证动力传递要求的强度，同时为了满足设计要求对各个零件进行了材料选择。 第7章 分离装置和操纵机构的设计 7.1 分离套筒和分离轴承的设计 分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。 自位分离轴承和分离套筒通过波形弹簧装配在一起成为一体，波形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。这种轴承的内外圈可由80Cr2轴承钢冲制加工而成。轴承中分布了15个钢球。 在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径32，内径26），因而根据花键尺寸初选轴套、分离轴承和分离套筒及轴颈之间的尺寸 分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。分离套筒的有关结构见装配图。 7.2 操纵机构的机构形式 为减轻司机的疲劳，踏板力应尽可能的小，又保证有一定的感觉，所以踏板力和行程应如下]： 轿车：80~130N； 载货汽车：150~200N； 踏板最大行程<175mm。 本设计踏板力F=120N,踏板行程=150mm，踏板储备行程25mm。 7.3 操纵机构的设计计算 离合器踏板行程与压盘的升程有如下关系： (7.1） 式中：为分离轴承与分离杆之间的间隙，本操纵系统有间隙自动调整机构，=0； 为摩擦片与飞轮、压盘之间的间隙，对于单片离合器=0.75~1.3mm。现取值为1.15mm； 为摩擦面数目，单片为2； 为分离杠杆传动比，=2.89； 为机械操纵机构传动比， (7.2) 根据人体工程学所要求的踏板行程值，按下式初定： (7.3) 式中：=150-25=125mm；=0.85。 将数据代入式中得：= 16。 一般离合器操纵机构的传动比如表6.2所示。 用校核离合器踏板力是否合适： (7.4) 式中：为压盘的分离载荷；为系统效率，一般取0.8~0.9，现取值为0.9； 代入相关数值得：=112.7N 图7.1 操纵机构示意图 7.4 本章小结 本章对分离装置进行了设计，主要是分离轴承个分离套筒的设计，本离合器使用的是膜片弹簧，分离轴承使用的是自动调心式。操纵机构设计的东西比较少，主要是踏板力和踏板行程的计算。操纵机构中采用了棘轮式间隙自动调整机构，分离轴承与分离杠杆间可以不留间隙。 结 论 本设计根据给出的设计要求和设计参数，确定了离合器的基本结构和主要尺寸，阐述了推式膜片弹簧离合器的原理和组成。通过计算画出推式膜片弹簧离合器的成品图。 在计算中，首先确定摩擦片外径尺寸，然后根据该尺寸对其他部件总成进行了计算和设计。通过计算校核摩擦片外径尺寸，计算选择出其他部件的外形尺寸，再对其进行校核，确定是否能达到