離合器設計說明書

沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 1 目 錄 第 1 章 緒論 .1 1.1 引言 . .1 1.2 離合器的發(fā)展 .2 1.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 .2 1.4 設計內(nèi)容 4 1.5 Pro/E軟件的特點 .4 第 2 章 方案論證 .5 2.1 離合器車型的選定 .5 2.2 方案選擇 .5 第 3 章 設計計算及參數(shù)的選擇 . . 6 3.1 離合器主要參數(shù)的選擇 . .6 3.2 膜片彈簧設計 .9 3.3 離合器蓋總成設計 .13 3.4 離合器主要零件的設計計算 .15 致謝 .19 參考文獻 .20 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 2 第 1 章 緒論 1.1 引言 以內(nèi)燃機在作為動力的機械傳動汽車中，離合器是作為一個獨立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機 與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。 1.2 離合器的發(fā)展 在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設計曾裝在 1889 年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到 20世紀 20年代中葉，對當時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄 -鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄 -鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄 -鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄 -鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象。 現(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到 1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設計中，多片按成對布置設計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達到更為滿意的性能。 浸在油中的盤片 式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點大于缺點。因為在當時，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。 石棉基摩擦材料的引入和改進，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。 20 世紀 20 年代末，直到進入 30年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 3 早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合 器接合時不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。 實際上早在 1920 年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時相當一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈 簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。 多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。 如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設計方面相當完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從 動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。 隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎上得到不斷改進，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。 對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片 離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的 2倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。 近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低 (不超過 93 )，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達干式離合器的 5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負面效應。目前此技術(shù)尚不夠完善。 1.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 4 1.3.1 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu) 膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。 1、離合器蓋 離合器蓋一般為 120或 90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。 2、膜片彈簧 膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，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。 3、壓盤 壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。 4、傳動片 離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的 彈性恢復力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。 5、分離軸承總成 分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。 1.3.2 膜片彈簧離合器的工作原理 由圖 1.1可知，離合器蓋 1與發(fā)動機飛輪用螺栓緊固在一起，當膜片彈簧 3被預加壓緊，離合器處于接合位置時，由于膜片彈簧 大端對壓盤 5的壓緊力，使得壓盤與從動盤 6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時 (構(gòu)成離合器主動部分 )，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機動力 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 5 （ 1）接合位置 （ 2）分離位置 1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤 6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸 圖 1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖 要分離離合器時，將離合器踏板 8踏下，通過操縱機構(gòu)，使分離軸承總成 7前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形 變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機動力的傳遞。 1.3.3 膜片彈簧離合器的優(yōu)點 膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點： 1、膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性； 2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??； 3、高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定； 4、膜片彈簧以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻； 5、易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長； 6、膜 片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。 1.4 設計內(nèi)容 1、壓盤設計。 2、離合器蓋設計。 3、從動盤總成設計。 4、膜片彈簧設計。 1.5 Pro/E 軟件的特點 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 6 Pro/Engineer是美國 PTC公司開發(fā)的一套機械 CAD/CAE/CAM集成軟件，其技術(shù)領(lǐng)先，在機械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應用，在 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它集零件設計、大型組件設計、鈑金設計、造型設計、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運動分析、有限元分析、數(shù)據(jù)庫管理等功能于一身，具有參數(shù)化設計，特征驅(qū)動，單一數(shù)據(jù) 庫等特點，大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度。 本設計使用的 Pro/Engineer Wildfire3.0 是 Pro/Engineer的最新版本，其功能較以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更為好用，可以大大提高技術(shù)人員的工作效率。 第 2 章 方案論證 2.1 離合器車型的選定 該車主要參數(shù)如下表： 表 2-1 離合器設計主要參數(shù) 使用工況 鄉(xiāng)間 總質(zhì)量（ kg） 9550 發(fā)動機型號 Ca6102 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（ N m/(r/min)） 373/1300 變速器一檔傳動比 7.640 主減速器傳動比 5.77 驅(qū)動輪類型與規(guī)格 8.25-20 2.2 方案選擇 本車設計采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因為其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。而采用干式離合器是因為濕式離合器大多是多盤式離合器，用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的離合器，而該車型不在此列。采用膜片彈簧離合器是因為膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設計成當摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸 的中心線是對的，因此其壓力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實現(xiàn)良好的散熱通風等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 7 高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴展到載貨汽車上。從動盤選擇單片式從動盤是一位其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào) 整方便。壓盤驅(qū)動方式采用傳動片式是因為其沒有太明顯的缺點且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配要求又有利于壓盤定中。選擇拉式離合器是因為其較拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡化，軸向尺寸更小，質(zhì)量更??；并且分離杠桿較大，使其踏板操縱力較輕。 綜上本次設計選擇單片拉式膜片彈簧離合器。 第 3 章 設計計算及參數(shù)的選擇 3.1 離合器主要參數(shù)的選擇 離合器摩擦片在性能上應滿足如下要求： 1） 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要?。?2） 有足夠的機械強度與耐磨性； 3） 密度小，以減小從動盤 的轉(zhuǎn)動慣量； 4） 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦； 5） 磨合性能好不致刮傷飛輪和壓盤表面； 6） 接合時應平順，不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象； 7） 長期停放后，摩擦面不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。 摩擦片的外徑是離合器的重要參數(shù)。它對離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，并根據(jù)離合 器能全部傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩來選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動機的最大的轉(zhuǎn)矩Temax，離合器的靜摩擦力矩 TC 應大于發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 Temax，而離合器傳遞的最大靜摩擦力矩 TC又取決于其摩擦面數(shù) Z、摩擦系數(shù) f、作用在摩擦面上 的總壓緊力 P 與摩擦片平均半徑 RC，即 cT=maxeT2 式中 離合器的后備系數(shù) 離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù) 和單位壓力參數(shù) P0，尺寸參數(shù) D和d及摩擦片厚度 h 。 3.1 1 后備系數(shù) 后備 系數(shù)是離合器設計時用到的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時應考慮以下幾點： 1) 摩擦片在使用中磨損后，離合器還應能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩； 2) 要防止離合器滑磨過大； 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 8 3) 要能防止傳動系過載。 顯然，為了可靠地傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不宜選取太??；為了使離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，又不能選取太大；當發(fā)動機后備功率較大，使用條件較好時，可選擇小些；當使用條件惡劣，需要拖帶掛車時，為提高起步能力，減少離合器磨損，應選取大些； 貨車總質(zhì)量越大，也應選得越大；采用柴油機時，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的值應比汽油機大些；發(fā)動機缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的值可以比螺旋彈簧的小些；雙片離合器的值應大于單片離合器。 各類汽車值的選取范圍通常為： 轎車和微型車、輕型貨車 =1.20 1.75 中型和重型貨車 =1.50 2.25 越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車 =1.80 4.00 根據(jù)上述原因及所選車型，選取 =1.8。 3.1.2 摩擦片外徑 D、內(nèi)徑 d 和厚度 h 的確定 摩擦片外徑是離合器的重要尺寸之一，它直接影響離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，也關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命。在確定尺寸 D時，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩參數(shù)必須是已知的。 在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的 D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。初步確定 D的方法有兩種。 按發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩maxeT(N.m)來初選 D,可參考下列公式 D=100KTemax 首先確定離合器的基本結(jié)構(gòu)為單片式，系數(shù) K 反映 了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對 D 的影響，根據(jù)前面的該車基本數(shù)據(jù)可知該車為一般載貨車，所以 K=36，且maxeT=373 N/m 帶入數(shù)據(jù)可得 D=321.88 mm 在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的 D 尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。所以 D=325 mm 摩擦片尺寸 D 應符合有關(guān)標準（ JB1457-74），的規(guī)定，表 3-1 給處了離合器摩擦片的尺寸系列和參數(shù)。 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 9 表 3-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 D（ mm） 內(nèi)徑 d(mm) 厚度 h（ mm） 內(nèi)外徑之比 d/D 單位面積 F（ mm2） 325 190 3.5 0.585 546 所以由所計算的 D 值去參照表 3-1，最后選定摩擦片的尺寸為下表： 表 3-2選定的摩擦片的尺寸 外徑 D （ mm） 內(nèi)徑 d (mm) 厚度 h (mm) C=dD1- 3C 單位面積 F （ mm2 ） 325 190 3.5 0.585 0.800 546 3.1.3 單位壓力 P0 單位壓力0P對離合器工作性能和使用壽命有很大的影響，選取時應考慮離合器的工作條件，包括發(fā)動機的后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動機后備系數(shù)較小時，0P應取小些；當摩擦片外徑繳大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負荷，0P應取小些；后備系數(shù)較大時，可適當增大0P。 當摩擦 片采用不同材料時，0P按下列范圍選?。菏藁牧希?P=0.10 0.35MPa 粉末冶金材料：0P=0.35 0.60MPa金屬陶瓷材料：0P=0.70 1.5Mpa 驗算單位壓力0P1.取 Re=)(3)(23030330RRRR i 時 maxeT=)(3)(23030330RRRR i Z PA 因為是單片的，所以摩擦盤工作面數(shù) Z=2。初選摩擦材料為石棉基摩擦材料 查表可取摩擦系數(shù) =0.3 代入數(shù)據(jù)得 p 0.155(MPa) 2取 R )(21 0 ie RR 時 maxeT )(21 0 iRR Z PA 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 10 代入數(shù)據(jù)得 p 0.158(MPa) 單位壓力 P在容許范圍之內(nèi)，認為所選離合器尺寸 參數(shù)合適。 對于小轎車， D=380480 時， P約為 0.14mpa 又因小汽車的離合器都采用莫片彈簧離合，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小，轎車的后備功率較小，使用條件較好，所以宜取小值。 根據(jù)上述原因及所選車型，選取0P=0.14 MPa 3.2 膜片彈簧設計 在汽車膜片彈簧離合器中，膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用 它的特性決定了 離合器的主要工作性能。因此，在離合器的開發(fā)中，膜片彈簧的設計尤為重要。 3.2.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點 膜片彈簧由彈簧鋼板沖壓而成（如圖 3-1 所示）。膜片彈簧在結(jié)構(gòu)上分兩部分，在膜片彈簧彈簧大端處為一完整的截面，它的形狀象一個無底的碟子和一般機械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱為碟簧部分（如 3-2 所示）。膜片彈簧起彈性作用的正是碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這一面沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復原形?？梢哉f膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包含有徑向開槽部分，膜片彈簧分離 指與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓孔，這樣一方面可以減少分離指根部應力集中，一方面又可用來安置銷釘以固定膜片彈簧。 圖 3-1 膜片彈簧 圖 3-2 碟形彈簧 3.2.2 膜片彈簧的彈性變形特性 膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧的不一樣。它是一種非線性的彈性，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高度 H 及彈簧厚度 h之比值有關(guān)。不同的 H/h 值可以得到不同的彈簧變形特性。一般可分為四種情況（圖3-1）： （ 1） /2Hh 時曲線 1所示。載荷的增加，變形總是不斷增加。這種彈簧的剛度很大，可以承受很大的載荷，適合于作為緩沖裝中的行程限制器。 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 11 （ 2） /2Hh 時如曲線 2所示。彈簧的特性曲線在中間是異端平直的線，變形的增加，載荷幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。 圖 3-3 H/h 對膜片彈簧彈性特性的影響（ 3） 2 / 2 2Hh如曲線 3 所示。彈簧的特性曲線中有一段負剛度區(qū)域，即變形增加時，載荷反面減少。具有這種 特性的膜片彈簧很適用于作為離合器的壓緊彈簧。因為可利用其負剛度區(qū)達到分離離合器時載荷下降，操縱省力之目的。但負剛度過大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力變化過大。 （ 4） / 2 2Hh 如曲線 4所示。則特性曲線的極小點落在橫坐標軸上。 （ 5） / 2 2Hh 如曲線 5 所示。該特性曲線具有更大的負剛度區(qū)且具有載荷為負值的區(qū)域。這種彈簧適用于汽車液力傳動中的鎖止機構(gòu)。 3.2.3 膜片彈簧設計計算的基本公式 假設膜片彈簧在承載 過程中，其子午斷面剛性地繞過斷面上的某中性點 O轉(zhuǎn)動（圖3-2）。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷 F1（ N）集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形為 1（ mm）（圖），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示： 12111 1 1221 1 1 1 1 1l n ( / )()6 ( 1 ) ( ) 2Eh R r R r R rF f H H hR r R r R r （ 3-2-1） 式中： E為材料的彈性模量（ MPa），對于鋼： E=2.1 105 MPa； 為材料的泊松比，對于鋼： =0.3； H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（ mm）； h為膜片彈簧鋼板厚度（ mm）； R ， r分別為壓 盤加載點和支承環(huán)加載點半徑（ mm）； R1 ， r1分別為壓盤加載點和支承環(huán)加載點半徑（ mm）。沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 12 圖 3-4 子午斷面繞中性點的轉(zhuǎn)動 a） b） c) 圖 3-5 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形 a）自由狀態(tài) b）壓緊狀態(tài) c)分離狀態(tài) 當離合器分離時，膜片彈簧的加載點將發(fā)生變化（圖 3-3c）。設分離軸承對分離指端所加載荷為 F2（ N），相應作用點變形為 2（ mm）；另外，在分離與壓緊狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，其子午端面從自由狀態(tài)也轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角，則有如下關(guān)系： 12111frrRr （ 3-2-2） 11211 fRrFFrr（ 3-2-3） 式中，fr為分離軸 承與分離指的接觸半徑（ mm）。 將式（ 3-2-2）和式（ 3-2-3）代入式（ 3-2-1），即可得 F2與 2的關(guān)系式為： 12222 2 21 1 1l n ( / )()6 ( 1 ) ( ) 2f f fEh R r R r R rF f H H hr r r r r r （ 3-2-4） 同樣，將式（ 3-2-2）和式（ 3-2-3）分別代入式（ 3-2-1）同樣可分別得到 F1與 2和 F2與 1的關(guān)系式。 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 13 如果不計分離指在 F2作用下的彎曲變形，則分離軸承推分離指的移動行程 2f（圖3-3c）為： 12111fffrrRr （ 3-2-5） 式中， 1f為 壓盤的分離行程。（圖 3-3b、 3-3c）。 3.2.4 膜片彈簧基本參數(shù)的確定 （ 1）比值 H/h 的選擇 該比值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用 H/h對彈簧特性的影響，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的 H/h一般取 ： 1.5 2 。 本設計選取 1=4， 2=12。 （ 6）膜片彈簧小端半徑fr及分離軸承作用半徑pr。fr值主要由結(jié)構(gòu)決定，其最小值應大于變速器第 1軸花鍵的外徑以便安裝。分離軸承作用半徑pr大于fr。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以定兩個參數(shù)分別為，fr=27 pr=293.3 離合器蓋總成設計 離合器總成除了壓緊彈簧外，還有離合器蓋、壓盤、傳動片、分離杠桿裝置及支承環(huán)等。 3.3.1 離合器蓋設計 離合器蓋與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的部分扭矩。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在離合器蓋結(jié)構(gòu)設計時應達到以下幾個要求： 1） 應具有足夠的剛度，以免影響離合器的工作特性，增大操縱時的分離行程，減小壓盤升程，嚴重時摩擦面不能徹底分離。為此可采取如下措施：適當增大蓋的板厚，一般為 2.5: 4.0mm；在蓋上沖制加強肋 或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器蓋可改用鑄鐵鑄造。 2）應與飛輪保持良好的對中，一面影響總成的平衡和正常的工作。對中方式采用定位銷或定位螺栓，也采用止口對中。 3）蓋的膜片彈簧支承處應具有高的尺寸精度。 4）為了便于通風散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風口，將離合器制成特殊的葉輪形狀?；蛟谏w上下班加設通風扇片等，用以鼓風。 乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器一般用 08、 10 鋼等低碳鋼板，載質(zhì)量較大的商用車則常用鑄件或鋁合金壓鑄件。 本設計采用厚 3mm 的 08鋼板沖壓而成。 3.3.2 壓盤 結(jié)構(gòu)設計 （ 1）對壓盤結(jié)構(gòu)設計的要求 1） 壓盤應具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時可沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 15 設置各種形狀的散熱肋或鼓風肋，以幫助散熱通風。中間壓盤可鑄出通風槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。 2） 壓盤應具有較大的剛度。 3） 與飛輪應保持良好的對中，并要進行靜平衡。 4） 壓盤高度尺寸（從承壓點到摩擦面的距離）公差要小。 （ 2）壓盤幾何尺寸的確定 1）壓盤內(nèi)、外徑的確定（yyDd、） 前面我們已經(jīng)通過計算確定了摩擦片的內(nèi)、外徑。從一般而言，壓 盤內(nèi)徑稍微小于摩擦片的內(nèi)徑，壓盤外徑稍大于摩擦片外徑。 故本設計壓盤外徑y(tǒng)D=330mm，壓盤內(nèi)徑為yd=185mm。 2）壓盤厚度的確定（yh） 壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點： 壓盤的質(zhì)量 在離合器的接合過程中，由于滑摩功的存在，第接合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而第次接合的時間短（大約 3 秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到周圍空氣中去，這樣必然導致摩擦副 的溫升。在使用頻繁和困難條件下工作的離合器，這種溫升就更為嚴重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴重時引起摩擦片和壓盤的損壞。 由于用石棉材材料制成的摩擦片導熱性很差，在滑磨過程中所產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，幫要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。 壓盤的剛度 壓盤應具有足夠大的剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減少受熱后產(chǎn)生翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及離合器的徹底分離，厚度約為 15 25mm2 。 離合器接合一次時的溫升 離合器一次結(jié)合會瞬間產(chǎn)生熱量，用溫升 來表示。溫升不應超過 8 10。溫升越低，可以相應減小壓盤厚度，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。溫升公式為： 1WmC （ 3-4-1） 式中： 溫升（）； W 滑磨功（ N m）； 分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比（單片離合器壓盤 =0.50；雙沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 16 片離合器壓盤 =0.25；雙片離合器中間壓盤 =0.50） C 壓盤的比熱， C=481.4J/（ kg）（鑄鐵壓盤）： m 壓盤重量（ kg）。 本設計選取 =8，即： WmC =8 （ 3-4-2） 2）計算壓盤厚度 汽車起步時離 合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（ J），可根據(jù)以下公式計算： 2 2 2 1 220()1800 e a rgn m rWii （ 3-4-3） 式中： am 汽車總質(zhì)量（ Kg）； r 輪胎滾動半徑（ m）； ig 起步進所用變速器檔位的傳動比； io 主減速器傳動比； en 發(fā)動機轉(zhuǎn)速（ r/min）， 根據(jù)以上計算所 得，以及壓盤厚度 32.12yh，設計時，要盡量取較小值， yh12。 3.4 離合器主要零件的設計計算 3.4.1 從動盤總成 從動盤總成主要由從動盤轂、摩擦片、從動片、扭轉(zhuǎn)減振器等組成。從動盤對離合器工作性能影響很大，設計時應滿足如下要求： 1） 從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應盡可能小，以減小變速器換檔時輪齒的沖擊。 2） 從動盤應具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。 3） 應安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。 為了使從動盤具有軸向彈性，常用的方法有： 1） 在從動片外緣開 6: 12個“ T”形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。兩側(cè)的摩擦片則分別鉚在每隔一個的扇形上。“ T”形槽還可以減小由于摩擦發(fā)熱而引起的從動片翹曲變形。這種結(jié)構(gòu)主要應用在商用車上。 2） 將扇形波形片的左、右凸起段分別與左、右側(cè)摩擦片鉚接，由于波形片（ 1.0mm）比從動片（ 1.5mm）薄，這種結(jié)構(gòu)的軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動慣量較小 ，適宜于高速旋轉(zhuǎn)，主要應用于乘用車和最大總質(zhì)量小于 6t的商用車上。 3） 利用階梯形鉚釘桿的細段將成對波形片的左片鉚在左側(cè)摩擦片上，并交替地把右片鉚在右側(cè)摩擦片上。這種結(jié)構(gòu)的彈性行程較大，彈性特性較理想，可使汽車起步極沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 17 為平順。這種結(jié)構(gòu)主要應用于發(fā)動機排量大于 2.5L的乘用車上。 4） 將靠近飛輪的左側(cè)摩擦片直接鉚合在從動片上，只在靠近壓盤側(cè)的從動片鉚有波形片，右側(cè)摩擦片用鉚釘與波形鉚合。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量大，但強度較高，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大，主要應用于商用車上。 （ 1）從動盤轂 從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件 ，它幾乎承受發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 Temax按國標 GB1144 74選?。ㄒ?表 3 4） 。 從動盤的軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取 1.0: 1.4 倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用鍛鋼（如 35、 45、 40Cr 等），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝：對減振彈簧窗口及從動片配合，應進行高頻處理。 花鍵選取 后應進行擠壓應力 j（ MPa）及剪切應力 j（ MPa）的強度校核： 1 22m a xjj8 ()eTD d z n l（ 3-6-1） 1 m a x4 1 5()jjeTD d z n l b （ 3-6-2） 式中， z為從動盤轂的數(shù)目；其余參數(shù)見表 3 3。 表 3 3 離合器從動盤轂花鍵尺寸系列 根據(jù)摩擦片的外徑 D=200mm 與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩 Temax=380 N m，由表 3 3 查得n=10， D =40mm， d =32mm， b=5mm， l=45mm， j=11.6Mpa，則由公式（ 3-6-1）、（ 3-6-2）摩擦片 外徑 D/mm 發(fā)動機的 最大轉(zhuǎn)矩 Temax/N m 花鍵尺寸 擠壓應力 j/Mpa 齒數(shù) n 外徑 D /mm 內(nèi)徑 d /mm 齒厚 b/mm 有效齒長 l/mm 160 50 10 23 18 3 20 10 180 70 10 26 21 3 20 11.8 200 110 10 29 23 4 25 11.3 225 150 10 32 26 4 30 11.5 250 200 10 35 28 4 35 10.4 280 280 10 35 32 4 40 12.7 300 310 10 40 32 5 40 10.7 325 380 10 40 32 5 45 11.6 350 480 10 40 32 5 50 13.2 沈陽理工大學應用技術(shù)學院本科畢業(yè)設計（論文） 18 校核得： j=11.28MPa j=11.6 MPa。 j=8.5 MPa j=17 MPa。 所以，所選花鍵尺寸能滿足使用要求。 （ 2）從動片 從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面要求高。材料常用中碳鋼板（ 50號或 85號）或 65Mn鋼板。一般厚度為 1.3: 2.5mm，表面硬度為 38: 48HRC。 考慮所選車型及從動盤結(jié)構(gòu)，選擇從動片的結(jié)構(gòu)型式為整體式，從動片外緣開 6個“ T” 形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。 本設計，從動片由 1.6 mm厚的 65Mn鋼板沖壓而成，并且將其外緣的盤形部分磨薄至 1mm，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。 （ 3）摩擦片 離合器摩擦片在性能上應滿足如下要求： 1） 摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要小。 2） 具有足夠的機械強度與耐磨性。 3） 密度要小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量。 4） 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦。 5） 磨合性能好，不致刮傷飛輪和壓盤表面。 6） 接合時應平順而不產(chǎn)生“咬合”或 “抖動”現(xiàn)象。 7） 長期停入后，摩擦面間不產(chǎn)生“粘著”現(xiàn)象。