汽車離合器設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

PAGE56-工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：汽車離合器設(shè)計(jì)專業(yè)：車輛工程日期：2010年12月19日

目錄1緒論…………………41.1汽車離合器的發(fā)展…………41.2離合器的現(xiàn)狀………………51.3離合器的功用………………61.4離合器的工作原理…………71.5CATIA的介紹………………82離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)…………102.1從動(dòng)盤的選擇……………102.2壓緊彈簧和布置形式的選擇……………102.3壓盤的驅(qū)動(dòng)方式…………102.4離合器的散熱通風(fēng)………112.5膜片彈簧離合器的特點(diǎn)…………………112.6確定離合器的類型………112.7設(shè)計(jì)內(nèi)容…………………123離合器的基本參數(shù)及尺寸選擇…………………133.1離合器后備系數(shù)β的確定………………143.2單位壓力的確定………143.3摩擦片……………………153.4離合器基本參數(shù)的優(yōu)化…………………154離合器壓盤和離合器蓋設(shè)計(jì)……………………184.1壓盤傳動(dòng)方式的選擇……………………184.2壓盤及傳動(dòng)片的材料選擇………………194.3壓盤性能校核……………194.4離合器蓋的設(shè)計(jì)…………205從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)……………………225.1從動(dòng)盤設(shè)計(jì)………………225.2摩擦片的選擇和三維圖…………………225.3從動(dòng)片的選擇和設(shè)計(jì)……………………245.4從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)…………255.5減振器的設(shè)計(jì)和三維圖…………………276膜片彈簧的設(shè)計(jì)…………………346.1膜片彈簧的概念…………346.2膜片彈簧的彈性特性……………………346.3膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算……………………366.4膜片彈簧基本參數(shù)的選擇………………377離合器操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………397.1離合器踏板位置，行程和踏板力………397.2操縱系統(tǒng)周邊工作環(huán)境和時(shí)間因素的影響……………407.3離合器操縱系統(tǒng)…………417.4操縱傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………43總結(jié)…………………47附件…………………48參考文獻(xiàn)……………531緒論1.1汽車離合器的發(fā)展根據(jù)德國(guó)出版的2003年汽車年鑒，2002年世界各國(guó)114家汽車公司所生產(chǎn)的1864款乘用車中，手動(dòng)機(jī)械變速器車款數(shù)為1337款；在我國(guó)，乘用車中自動(dòng)擋車款式只占全國(guó)平均數(shù)的26.53%；若考慮到商用車中更是多數(shù)采用手動(dòng)變速器，手動(dòng)擋汽車目前仍然是世界車款的主流（當(dāng)然不排除一些國(guó)家或地區(qū)自動(dòng)擋式車款是其主流產(chǎn)品）。至于未來，考慮到傳動(dòng)系由MT向自動(dòng)傳動(dòng)系過渡，采用AMT技術(shù)其產(chǎn)品改造較為容易，因此AMT技術(shù)是自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者?？梢哉f，從目前到將來離合器這一部件將會(huì)伴隨著內(nèi)燃機(jī)一起存在，不可能在汽車上消失。在早期研發(fā)的離合器機(jī)構(gòu)中，錐形離合器最成功。他的原型設(shè)計(jì)曾在1889年德國(guó)戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼質(zhì)車輪的小汽車上，它是將發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動(dòng)件。采用錐體離合器的方案一直沿用到20世紀(jì)20年代中葉，對(duì)當(dāng)時(shí)來說，錐形離合器的制造比較容易，摩擦面易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過驢毛帶、皮革帶等。那是也曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器代替錐形離合器，其結(jié)構(gòu)形式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為木塊、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(dòng)見根本無法分離的自鎖現(xiàn)象?，F(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(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(diǎn)是，在汽車起步時(shí)離合器的接合比較平順，無沖擊。早期設(shè)計(jì)中，多片按成對(duì)布置設(shè)計(jì)，一個(gè)鋼盤片對(duì)著一青銅盤片。采用純粹的金屬對(duì)金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達(dá)到更滿意的性能。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(shí)把油甩掉。此外有些容易把金屬盤片粘住，不易分離。石棉基摩擦材料的引入和改進(jìn)，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以用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是有多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。早期單片干式離合器有與錐形離合器先類似的問題，即離合器接合時(shí)不夠平順。但是由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊散熱量好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小所以以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功開發(fā)了價(jià)格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動(dòng)盤金屬片上沒有摩擦面片，摩擦面片是貼附在主動(dòng)件飛輪和壓盤上，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(gè)直徑較小的彈簧（一般至少6個(gè)），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(shè)計(jì)上帶來了實(shí)實(shí)在在的好處，是壓盤上彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小里軸向尺寸。隨著人們對(duì)汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進(jìn)，乘用車上愈來愈多地采用雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減震器，能更有效地降低傳動(dòng)系噪聲。近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國(guó)外某些重型牽引汽車和自卸汽車上有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(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低（不超過93°），因此起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑不至于的燒損摩擦片。據(jù)報(bào)道這種離合器有著良好的起步能力，其使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍。1.2離合器的現(xiàn)狀劉志勇和夏毅敏在《汽車離合器從動(dòng)盤減振彈簧的結(jié)構(gòu)改進(jìn)》中提出：通過把汽車離合器從動(dòng)盤的減振彈簧進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)改進(jìn),使得減振彈簧的剛度由原來的單級(jí)剛度變成了3級(jí)剛度,并可隨著路況及負(fù)荷的變化而使剛度發(fā)生變化,從而既提高了乘客乘坐的舒適性又增強(qiáng)了汽車的承載能力和可靠性1］。梁小立和魯統(tǒng)利在《汽車離合器從動(dòng)盤減振等級(jí)的選擇與調(diào)試》中指出：隨著汽車技術(shù)的發(fā)展,汽車用戶對(duì)乘坐舒適性的要求越來越高,汽車制造廠家紛紛選擇價(jià)格昂貴的雙質(zhì)量飛輪和帶多級(jí)減振器的離合器從動(dòng)盤進(jìn)行隔振,來降低一些令人煩躁的振動(dòng)噪音。結(jié)合實(shí)際的開發(fā)項(xiàng)目,通過相關(guān)的仿真與NVH測(cè)試分析,選擇合理的從動(dòng)盤減振器部件、預(yù)減振和主減振等級(jí),這樣既滿足了汽車消費(fèi)者舒適性的要求,也能滿足目前降低汽車制造成本的必然趨勢(shì),為離合器從動(dòng)盤的設(shè)計(jì)、選擇、使用提供一些借鑒2］?；敢x在《汽車離合器從動(dòng)盤扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)斷裂原因分析》一文中指出：離合器是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的重要部件，碳氮共滲處理是一種比較有效的表面強(qiáng)化工藝,碳、氮可以同時(shí)存在在部件表面,可以提高部件表面強(qiáng)度尤其是疲勞強(qiáng)度,并增強(qiáng)耐蝕性和耐磨性,進(jìn)而使部件壽命提高3］。黃新明,武生玉在《汽車離合器從動(dòng)盤自由行程檢測(cè)機(jī)的改進(jìn)》中介紹了對(duì)法國(guó)瓦雷奧(VELEO)公司生產(chǎn)的汽車離合器從動(dòng)盤自由行程檢測(cè)機(jī)的半自動(dòng)化改進(jìn)方案,同時(shí),介紹了改進(jìn)后的自由行程檢測(cè)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作過程以及原理4］。孫愛武,榮濰劍，馬明君在《汽車離合器分離軸承技術(shù)發(fā)展》提出：對(duì)離合器分離軸承技術(shù)主要發(fā)展歷史進(jìn)行了描述,同時(shí)除離合器分離軸承外,文中還揭示了與離合器分離軸承相連的構(gòu)件的相關(guān)設(shè)計(jì)研究,并嘗試解釋工作系統(tǒng)內(nèi)所有控制件的單個(gè)設(shè)計(jì)特性及系內(nèi)連接構(gòu)件間的相互影響5］。顏克志在《汽車離合器接合過程中的穩(wěn)定性分析研究》中指出：建立了AMT離合器接合過程的五自由度動(dòng)力學(xué)模型,建立了離合器狀態(tài)轉(zhuǎn)化邏輯真值表,對(duì)離合器的接合過程進(jìn)行了穩(wěn)定性分析,并在MATLAB/SIMULINK中進(jìn)行了仿真。穩(wěn)態(tài)分析和動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果說明,在離合器接合過程中,當(dāng)離合器摩擦系數(shù)變化率趨于負(fù)值時(shí),系統(tǒng)接合過程不穩(wěn)定,出現(xiàn)自激振動(dòng),同時(shí)離合器接合壓力的波動(dòng)也會(huì)增加自激振動(dòng)的可能性,最后為離合器的優(yōu)化和控制提出了合理建議6］。肖文穎,許海華在《汽車離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)》提到：新的設(shè)計(jì)手段日益涌現(xiàn),其中優(yōu)化設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。文中通過分析離合器的變形特性和多種約束條件,在參考成熟離合器結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上,提出了一種離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型7］。謝茂青在《汽車離合器壓盤蓋精密模具設(shè)計(jì)》中講到：汽車離合器壓盤蓋的結(jié)構(gòu)工藝性,提出了合理的成型工藝,且對(duì)模具的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、工作過程的工藝作了闡述。該模具已投入生產(chǎn)使用,工作流暢、可靠,制件品質(zhì)符合要求8］。連芳在《汽車離合器驅(qū)動(dòng)盤扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)斷裂原因分析》中分析：采用金相檢驗(yàn)、化學(xué)分析、機(jī)械性能和硬度檢驗(yàn)等方法對(duì)表面經(jīng)碳氮共滲處理的STW22離合器驅(qū)動(dòng)盤早期斷裂原因進(jìn)行分析。結(jié)果表明：材料成份不均勻及碳氮共滲淬回火工藝不當(dāng)是導(dǎo)致離合器驅(qū)動(dòng)盤過早開裂的主要原因，并提出了預(yù)防開裂的改進(jìn)后淬火工藝9］。孫文凱和劉旺在《汽車離合器起步接合過程的仿真研究》一文中提出：通過對(duì)汽車起步時(shí)離合器接合過程的分析,在建立離合器動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上對(duì)其中的一些關(guān)鍵變量進(jìn)行了詳細(xì)闡述,且對(duì)影響離合器接合品質(zhì)及部件壽命的滑磨功、沖擊度、溫升等進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。結(jié)合Matlab/Simulink仿真工具,對(duì)某具體車型離合器起步接合全過程進(jìn)行仿真,得到了較好的仿真結(jié)果10］。1.3離合器的功用離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合，保證汽車平穩(wěn)起步。如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為300～500r/min，而汽車則只能由靜止開始起步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接，就必然造成不是汽車猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時(shí)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。雖然利用變速器的空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中，拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié)，如沒有離合器來分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)。汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的，待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會(huì)造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系，以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小，這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很大的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用。1.4離合器的工作原理離合器由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)、分離機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)五部分組成。離合器主動(dòng)部分包括飛輪1(如圖1.1所示)、離合器蓋11和壓盤10。飛輪用螺栓與曲軸固定在一起，離合器蓋通過螺釘固定在飛輪后端面上，壓盤與離合器蓋通過傳動(dòng)片連接。這樣，只要曲軸旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力便經(jīng)飛輪、離合器蓋傳至壓盤，使它們一起旋轉(zhuǎn)。離合器從動(dòng)部分由裝在壓盤和飛輪之間的兩面帶摩擦襯片的從動(dòng)盤3和從動(dòng)軸組成。從動(dòng)盤通過內(nèi)花鍵孔與從動(dòng)軸滑動(dòng)配合。從動(dòng)軸前端用軸承5支承在曲軸后端中心孔中，后端支承在變速器殼體上并伸入變速器。離合器的從動(dòng)軸通常又是變速器的輸入軸。離合器壓緊機(jī)構(gòu)由若干沿圓周均勻布置的螺旋彈簧7組成，它們裝于壓盤和離合器蓋之間，用來對(duì)壓盤產(chǎn)生軸向壓緊力，將壓盤壓向飛輪，并將從動(dòng)盤夾緊在壓盤和飛輪之間。圖1.1離合器結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖1—飛輪2—摩擦片3—從動(dòng)盤4—鉚釘5—深溝油軸承6—減振器阻尼片7—減振彈簧8—從動(dòng)片轂9—分摩擦片鉚釘10—壓盤11—離合器蓋12—螺栓13—墊片14—支承環(huán)16—膜片彈簧17—分離裝置離合器分離機(jī)構(gòu)由分離撥叉、分離套筒和分離軸承、分離杠桿、回位彈簧等組成。它們同離合器主從動(dòng)部分及壓緊裝置一起裝于離合器殼(飛輪殼)內(nèi)。分離杠桿中部支承在裝于離合器蓋的支架上，外端與壓盤鉸接，內(nèi)端處于自由狀態(tài)。分離軸承壓裝在分離套筒上，分離套筒松套在從動(dòng)軸的軸套上。分離撥叉是中部帶支點(diǎn)的杠桿，內(nèi)端與分離套筒接觸，外端與拉桿鉸接。離合器操縱機(jī)構(gòu)由離合器踏板、拉桿、拉桿調(diào)節(jié)叉及復(fù)位彈簧等組成。離合器踏板中部鉸接在車架(或車身)上，一端與拉桿鉸接。它們裝在離合器殼外部。(1)接合狀態(tài)離合器處于接合狀態(tài)時(shí)，踏板未被踩下，處于最高位置，分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置，分離杠桿內(nèi)端與分離軸承之間存在間隙(離合器自由間隙)，壓盤10在壓緊彈簧16作用下將從動(dòng)盤壓緊在飛輪上，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩即經(jīng)飛輪及壓盤通過兩個(gè)摩擦面?zhèn)鹘o從動(dòng)盤，再經(jīng)從動(dòng)軸傳給變速器。(2)分離過程需要分離離合器時(shí)，只要踏下離合器踏板，拉桿拉動(dòng)分離叉，分離叉內(nèi)端推動(dòng)分離套筒、分離軸承首先消除離合器自由間隙；然后推動(dòng)分離杠桿內(nèi)端向前移動(dòng)，分離杠桿外端便拉動(dòng)壓盤向后移動(dòng)，解除對(duì)從動(dòng)盤的壓緊力，摩擦作用消失，中斷動(dòng)力傳遞。(3)接合過程當(dāng)需要恢復(fù)動(dòng)力傳遞時(shí)，緩慢抬起離合器踏板，分離軸承減小對(duì)分離杠桿內(nèi)端的壓力；壓盤在壓緊彈簧的作用下向前移動(dòng)，并逐漸壓緊從動(dòng)盤，接觸面間的壓力逐漸增大，相應(yīng)的摩擦力矩也逐漸增大。當(dāng)飛輪、壓盤和從動(dòng)盤接合還不緊密時(shí)，主、從動(dòng)部分可以不同步旋轉(zhuǎn)，即離合器處于打滑狀態(tài)。隨著飛輪、壓盤和從動(dòng)盤壓緊程度的逐步加大，離合器主、從動(dòng)部分轉(zhuǎn)速也漸趨相等，直至離合器完全接合而停止打滑，結(jié)合過程結(jié)束11］。1.5CATIA的介紹CATIA是汽車工業(yè)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，是歐洲、北美和亞洲頂尖汽車制造商所用的核心系統(tǒng)。CATIA在造型風(fēng)格、車身及引擎設(shè)計(jì)等方面具有獨(dú)特的長(zhǎng)處，為各種車輛的設(shè)計(jì)和制造提供了端對(duì)端（endtoend）的解決方案。CATIA涉及產(chǎn)品、加工和人三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域。CATIA的可伸縮性和并行工程能力可顯著縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。一級(jí)方程式賽車、跑車、轎車、卡車、商用車、有軌電車、地鐵列車、高速列車，各種車輛在CATIA上都可以作為數(shù)字化產(chǎn)品，在數(shù)字化工廠內(nèi)，通過數(shù)字化流程，進(jìn)行數(shù)字化工程實(shí)施。CATIA的技術(shù)在汽車工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)是無人可及的，并且被各國(guó)的汽車零部件供應(yīng)商所認(rèn)可。從近來一些著名汽車制造商所做的采購決定，如Renault、Toyota、Karman、Volvo、Chrysler等，足以證明數(shù)字化車輛的發(fā)展動(dòng)態(tài)。Scania是居于世界領(lǐng)先地位的卡車制造商，總部位于瑞典。其卡車年產(chǎn)量超過50，000輛。當(dāng)其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的卡車零部件還在25，000個(gè)左右時(shí)，Scania公司借助于CATIA系統(tǒng)，已經(jīng)將卡車零部件減少了一半?，F(xiàn)在，Scania公司在整個(gè)卡車研制開發(fā)過程中，使用更多的分析仿真，以縮短開發(fā)周期，提高卡車的性能和維護(hù)性。CATIA系統(tǒng)是Scania公司的主要CAD/CAM系統(tǒng)，全部用于卡車系統(tǒng)和零部件的設(shè)計(jì)。通過應(yīng)用這些新的設(shè)計(jì)工具，如發(fā)動(dòng)機(jī)和車身底盤部門CATIA系統(tǒng)創(chuàng)成式零部件應(yīng)力分析的應(yīng)用，支持開發(fā)過程中的重復(fù)使用等應(yīng)用，公司已取得了良好的投資回報(bào)?，F(xiàn)在，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能，Scania公司在整個(gè)開發(fā)過程中，正在推廣設(shè)計(jì)師、分析師和檢驗(yàn)部門更加緊密地協(xié)同工作方式。這種協(xié)調(diào)工作方式可使Scania公司更具市場(chǎng)應(yīng)變能力，同時(shí)又能從物理樣機(jī)和虛擬數(shù)字化樣機(jī)中不斷積累產(chǎn)品知識(shí)。2離合器的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)車離合器大多是盤形摩擦離合器，按其從動(dòng)盤的數(shù)目可分為單片、雙片和多片三類；根據(jù)壓緊彈簧布置形式不同，可以分為圓周布置、中央布置和斜向布置等形式；根據(jù)使用的壓緊彈簧不同，可以分為圓柱螺旋彈簧、圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧離合器；根據(jù)分離時(shí)所受作用力的方向不同，又可以分為推式和拉式兩種形式12］。2.1從動(dòng)盤數(shù)的選擇對(duì)轎車和輕型、微型貨車而言，發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩一般不大，在布置尺寸允許的條件下，離合器通常只設(shè)有一片從動(dòng)盤。單片離合器機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊，散熱良好、維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能夠保證分離徹底、接合平順13］。雙片離合器與單片離合器相比較，由于摩擦面數(shù)增加一倍，因而傳遞轉(zhuǎn)矩的能力較大；在傳遞相同轉(zhuǎn)矩的情況下，徑向尺寸小，踏板力較小，另外接合比較平順。但是中間壓盤通風(fēng)散熱不良，兩片起步負(fù)載不均勻，因而容易燒壞摩擦片，分離也不夠徹底。這種結(jié)構(gòu)一般用在傳遞轉(zhuǎn)矩較大且徑向尺寸受到限制的場(chǎng)合。多片離合器多為濕式，它有分離不徹底、軸向尺寸和質(zhì)量大等缺點(diǎn)，以往主要用于行星齒輪變速器換擋機(jī)構(gòu)中。但是它也有接合平順柔和、摩擦表面濕度較低、磨損較小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于重型牽引車和自卸車上。經(jīng)過分析比較，該設(shè)計(jì)的是北京現(xiàn)代ix352010款2.0MT兩驅(qū)新銳版，該車是1398Kg的越野車，屬于輕型汽車，所以在設(shè)計(jì)中考慮用單片離合器，即該離合器只設(shè)有一片從動(dòng)盤。2.2壓緊彈簧和布置形式的選擇周置彈簧離合器的壓緊彈簧均采用圓柱螺旋彈簧，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易，因此應(yīng)用較為廣泛。此結(jié)構(gòu)中彈簧壓力直接作用于壓盤上。為了保證摩擦片上壓力均勻，壓緊彈簧的數(shù)目不應(yīng)該太少，要隨摩擦片直徑的增大而增多，而且應(yīng)當(dāng)是分離杠桿的倍數(shù)。壓緊彈簧直接與壓盤接觸，易受熱退火，且當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速很高時(shí)，周置彈簧由于受離心力作用而向外彎曲，使彈簧壓緊力下降，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力隨之降低。由于本次設(shè)計(jì)的是1398Kg的輕型車，所以決定采用周置圓柱螺旋彈簧。2.3壓盤的驅(qū)動(dòng)方式壓盤的驅(qū)動(dòng)方式主要有凸塊—窗孔式、銷釘式、齒式、螺旋式和鋼帶式多種。前兩種的共同缺點(diǎn)是在聯(lián)接件之間都有間隙，在驅(qū)動(dòng)中將產(chǎn)生沖擊和噪音，而且在零件相對(duì)滑動(dòng)中有摩擦和磨損，降低了離合器的傳動(dòng)效率。鋼帶式是近年來廣泛采用的結(jié)構(gòu)，沿周向布置的三組或四組鋼帶傳動(dòng)片兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，鋼帶的彈性允許其作軸向移動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)，鋼帶受拉；當(dāng)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，鋼帶受壓。此結(jié)構(gòu)中壓盤與飛輪對(duì)中性好，使用平衡性好，使用可靠，壽命長(zhǎng)。但反向承載能力差，汽車反拖時(shí)易折斷傳動(dòng)片，故對(duì)材料要求較高，一般采用高碳鋼。綜合比較，因?yàn)殇搸狡渚C合性能相對(duì)好些，所以在設(shè)計(jì)中首先選擇該種驅(qū)動(dòng)方式。2.4離合器的散熱通風(fēng)試驗(yàn)表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當(dāng)壓盤工作表面超過°C時(shí)摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時(shí)溫度一般在°C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時(shí)溫度有可能達(dá)到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風(fēng)好。改善離合器散熱通風(fēng)結(jié)構(gòu)的措施有：在壓盤上設(shè)散熱筋，或鼓風(fēng)筋；在離合器中間壓盤內(nèi)鑄通風(fēng)槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風(fēng)；在離合器外殼內(nèi)裝導(dǎo)流罩。2.5膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)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(diǎn)：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(jiǎn)單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??；3、高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；4、膜片彈簧以整個(gè)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(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)；6、膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。2.6確定離合器的類型本車設(shè)計(jì)采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，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?yàn)闈袷诫x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?yàn)槟て瑥椈呻x合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計(jì)成當(dāng)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(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)的，因此其壓力實(shí)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(jiǎn)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(gè)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(shí)現(xiàn)良好的散熱通風(fēng)等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，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(kuò)展到載貨汽車上。從動(dòng)盤選擇單片式從動(dòng)盤是一位其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動(dòng)方式采用傳動(dòng)片式是因?yàn)槠錄]有太明顯的缺點(diǎn)且簡(jiǎn)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?yàn)槠漭^拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)化，軸向尺寸更小，質(zhì)量更?。徊⑶曳蛛x杠桿較大，使其踏板操縱力較輕。綜上所述，北京現(xiàn)代ix352010款2.0MT兩驅(qū)新銳版的離合器選擇單片拉式膜片彈簧離合器。2.7設(shè)計(jì)內(nèi)容離合器基本參數(shù)的選擇；離合器壓盤和離合器蓋的設(shè)計(jì)；從動(dòng)盤總成設(shè)計(jì)；膜片彈簧設(shè)計(jì)；操縱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。3離合器基本參數(shù)及尺寸選擇摩擦離合器是靠摩擦表面間的摩擦力矩來傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的。離合器的靜摩擦力矩根據(jù)摩擦定律可以表示為（3.1）式中，為靜摩擦力矩；f為摩擦面間的靜摩擦因數(shù)，計(jì)算時(shí)一般取0.25~0.30；F為壓盤施加在摩擦面上的工作壓力；為摩擦片的平均摩擦半徑；Z為離合器主動(dòng)元件和從動(dòng)元件之間的摩擦面數(shù)，是從動(dòng)盤數(shù)目的兩倍。因?yàn)殡x合器為單片離合器，所以該設(shè)計(jì)中，f取0.3，Z取2。假設(shè)摩擦片上工作壓力均勻，則有F=（3.2）式中，為摩擦面單位壓力，A為一個(gè)摩擦面的面積；D為摩擦片外徑；d為摩擦片內(nèi)徑。摩擦片的平均摩擦半徑根據(jù)壓力均勻的假設(shè)，可以表示為=（3.3）當(dāng)d/D≥0.6時(shí)，可相當(dāng)準(zhǔn)確地由下式計(jì)算=（D+d）/4（3.4）將式（3.2）、式（3.3）代入式（3.1）得（3.5）式中，c為摩擦片內(nèi)外徑之比，c=d/D，一般在0.53~0.70之間為了保證離合器在任何工況下都能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，即=βT（3.6）式中，T為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩；β為離合器的后備系數(shù)，定義為離合器所能傳遞的最大靜摩擦力矩與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩之比，β必須大于1。由此可得出，離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)β和，尺寸參數(shù)D和d以及摩擦片厚度b。3.1離合器后備系數(shù)β的確定后備系數(shù)β是離合器設(shè)計(jì)時(shí)用到的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇β時(shí)，應(yīng)該考慮到以下幾點(diǎn)：(1)摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。(2)要防止離合器滑磨過大。(3)要能防止傳動(dòng)系過載。顯然，為可靠傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，β不宜選取太小；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不宜選取太大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率較大、使用條件較好時(shí)，β可選取小些；當(dāng)使用條件惡劣，需要拖帶掛車時(shí)，為了提高起步能力、減少離合器滑磨，β應(yīng)選取大些；貨車總質(zhì)量越大，β也應(yīng)該選取得越大；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)大些；發(fā)動(dòng)機(jī)缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)越小，β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β值可比螺旋彈簧離合器小些；雙片離合器的β值應(yīng)該大于單片離合器。各類汽車β值的取值范圍通常為：轎車和微型、輕型貨車β=1.20~1.75中型和重型貨車β=1.50~2.25越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車β=1.80~4.00所以，本車的離合器后備系數(shù)選擇β=2.00。3.2單位壓力的確定單位壓力對(duì)離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)該考慮離合器的工作條件，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小時(shí)，應(yīng)該取小些；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦片外緣處的熱負(fù)荷，應(yīng)該取小些；后備系數(shù)較大時(shí)，可以適當(dāng)增加。當(dāng)摩擦片采用不同材料時(shí)，按下列范圍選?。菏藁牧?0.10~0.35MPa粉末冶金材料=0.35~0.60MPa金屬陶瓷材料=0.70~1.50MPa在該設(shè)計(jì)中，摩擦片材料選擇是石棉基材料，故取0.20MPa。3.3摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h磨擦片外徑是離合器的基本尺寸,它關(guān)系到離散合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命,它和離合器所需傳遞的轉(zhuǎn)矩大小有一定的關(guān)系。顯然，傳遞大的轉(zhuǎn)矩，就需要有大的尺寸。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是重要的參數(shù)，當(dāng)按發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩（N·m）來選定D時(shí)，有下列公式，可作參考：式中，系數(shù)A反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對(duì)D的影響，可參考下列范圍：小轎車A=47載貨汽車和越野車A=36（單片）或A=50（雙片）自卸車或使用條件惡劣的載貨汽車A=19在本設(shè)計(jì)中，A=36，=194N·m，發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率=120Kw,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得D=232.14mm,根據(jù)表3.3離合器磨擦片尺寸系列和參數(shù)選取D=250mm,d=155mm,h=3.5mm,c=d/D=0.589,=0.762，單面面積為302，由公式計(jì)算得=0.346MPa=βT=2.0×194=388N·m表3.1離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑內(nèi)徑厚度內(nèi)外徑之比單位面積1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.589402003001753.50.583466003251903.50.585546003.4離合器基本參數(shù)的校核在設(shè)計(jì)離合器的時(shí)候，首先就是要確定離合器的性能參數(shù)和尺寸參數(shù)，這些參數(shù)的變化影響離合器的結(jié)構(gòu)尺寸和工作性能；其次，在確定了基本參數(shù)以后，必然要對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。約束條件：1）摩擦片的外徑D（mm）的選取應(yīng)該使最大圓周速度不超過65~70m/s，即≤65~70m/s（3.7）式中，為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速（r/min）∴=60.183m/s符合2）摩擦片的內(nèi)外徑比c應(yīng)該在0.53~0.70范圍內(nèi)，即0.53≤c≤0.70∴c=0.589符合3）為保證離合器可靠傳遞轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同車型的β值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍β為1.2~4.0，即1.2≤β≤4.0∴β=2.0符合4）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d必須大于減振器彈簧位置直徑2約50mm，即d＞2+50∴d=155mm符合5）為反映離合器傳遞轉(zhuǎn)矩并保護(hù)過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即（3.8）式中，為單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m/mm）；為其允許值（N·m/mm），按下表3.2選取。表3.2單位摩擦面積傳遞轉(zhuǎn)矩的許用值離合器的規(guī)格D（mm）≤210＞210~250＞250~325＞325×0.010.280.300.350.406）為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷，防止摩擦片損傷，單位壓力對(duì)于不同車型，根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取，最大范圍為0.10~1.50MPa，即0.10MPa≤≤1.50MPa∴=0.346MPa符合4離合器壓盤和離合器蓋設(shè)計(jì)4.1壓盤傳力方式的選擇壓盤是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接應(yīng)允許壓盤在離合器的分離過程中能自由的沿軸向移動(dòng)。如前面所述采用采用傳動(dòng)片式的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動(dòng)片一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳動(dòng)片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。圖4.1壓盤與飛輪的連接方式（a）凸塊-窗孔式；（b）傳力銷式；（c）鍵槽-指銷式；（d）鍵齒式；（e）彈性傳力片這幾種壓盤驅(qū)動(dòng)方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約為0.2）這樣在傳動(dòng)時(shí)產(chǎn)生沖擊和噪聲。且隨著接觸部分磨損的增加，間隙將增大，引起更大的沖擊和噪聲，甚至可能引起凸塊跟部出現(xiàn)裂紋而出現(xiàn)早期的損壞。另外在離合器分離時(shí)，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱機(jī)構(gòu)的效率。所以在選用時(shí)必須進(jìn)行認(rèn)真的校核。彈性傳動(dòng)片圖4.1（e）是由薄彈簧鋼帶沖壓制成，其一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，且多用3~4組（每組2~3片）沿圓周作切向布置以改善傳力片的受力狀況，這時(shí)當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)受力片受拉，當(dāng)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，傳力片受壓。這種傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)壓盤的方式不僅消除了上述缺點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了對(duì)對(duì)裝備精度的要求且有利于壓盤的定中。由于摩擦片的的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定。壓盤外徑D=250㎜，壓盤內(nèi)徑d=155㎜壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點(diǎn)：（1）壓盤應(yīng)有足夠的質(zhì)量在離合器的結(jié)合過程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時(shí)間又短（大約在3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會(huì)引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的損壞。由于用石棉材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過程中產(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(shí)的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。（2）壓盤應(yīng)具有較大的剛度壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。鑒于以上兩個(gè)原因壓盤一般都做得比較厚（載重汽車上一般不小于15㎜），但一般不小于10㎜。在該設(shè)計(jì)中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為20㎜。4.2壓盤及傳動(dòng)片的材料選擇壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好、具有較高的摩擦系數(shù)及耐磨。故通常由灰鑄鐵HT200鑄成，金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度HB170～227。另外可添加少量金屬元素(如鎳、鐵、錳合金等)以增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。壓盤的外徑可根據(jù)摩擦片的外徑由結(jié)構(gòu)確定。為了使每次接合的溫升不致過高，壓盤應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量；為了保證在受熱情況下不致翹曲變形，壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度且一般都較厚(載貨汽車的離合器壓盤，其厚度一般不小于15mm)。此外，壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)注意其通風(fēng)冷卻要好，例如在壓盤體內(nèi)鑄出導(dǎo)風(fēng)槽。壓盤的厚度初步確定后，應(yīng)校核離合器一次接合的溫升不應(yīng)超過8℃～10℃。4.3壓盤性能校核τ=γL/mc（4.1）式中：γ—傳到壓盤的熱量所占的比率。對(duì)單片離合器，γ=0.5；m—壓盤的質(zhì)量，kg；c—壓盤的比熱容，鑄鐵的比熱容為℃)；L—滑磨功，J。若溫升過高，可適當(dāng)增加壓盤的厚度。壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于15～20g·cm。選擇壓盤厚度為20mm，外徑250mm，內(nèi)徑155mm。鑄鐵HT200的密度是7.0，所以壓蓋的質(zhì)量m==4.52kg.當(dāng)我們需要校核壓盤的最大溫升，需要求出其滑磨功汽車整車質(zhì)量轉(zhuǎn)化為為相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)慣量，當(dāng)汽車起步時(shí)第一擋的傳動(dòng)比根據(jù)有關(guān)資料定為3.5?？捎上率接?jì)算：帶入數(shù)據(jù)得：=0.284∴L=24892.2J代入公式（4.1）進(jìn)行校核計(jì)算，τ=5.72℃＜8℃符合標(biāo)準(zhǔn)。通過以上計(jì)算所得數(shù)據(jù)，可以用CATIA畫出壓盤三維圖（如圖4.2）圖4.2壓盤4.4離合器蓋的設(shè)計(jì)離合器蓋一般都與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的一部分轉(zhuǎn)矩。此外，它還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：（1）離合器的剛度離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，即當(dāng)離合器分離時(shí)，可能會(huì)使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會(huì)降低離合器操縱機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率，嚴(yán)重時(shí)還可能造成離合器分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會(huì)造成變速器的換檔困難。因此為了減輕重量和增加剛度，該離合器蓋采用厚度約為4㎜的低碳鋼板（如08鋼板）沖壓成帶加強(qiáng)筋和卷邊的復(fù)雜形狀。（2）離合器的通風(fēng)散熱為了加強(qiáng)離合器的冷卻離合器蓋必須開有許多通風(fēng)窗口，通常在離合器壓緊彈簧座處開有通風(fēng)窗口。圖4.3離合器蓋的散熱通風(fēng)（3）離合器的對(duì)中問題離合器蓋內(nèi)裝有分離杠桿、壓盤、壓緊彈簧等重要零件，因此它相對(duì)與飛輪必須有良好的對(duì)中，否則會(huì)破壞離合器的平衡，嚴(yán)重影響離合器的工作。離合器蓋的對(duì)中方式有兩種，一種是用止口對(duì)中，另有種是用定位銷或定位螺栓對(duì)中，由于本設(shè)計(jì)選用的是傳動(dòng)片傳動(dòng)方式，因而離合器蓋通過一外圓與飛輪上的內(nèi)圓止口對(duì)中。本設(shè)計(jì)離合器蓋要求離合器蓋內(nèi)徑大于離合器摩擦片外徑，能將其他離合器上的部件包括其中即可。5從動(dòng)盤設(shè)計(jì)5.1從動(dòng)盤設(shè)計(jì)從動(dòng)盤總成主要由摩擦片、從動(dòng)片、花鍵轂和減振器等組成。從動(dòng)盤對(duì)離合器工作性能影響很大，應(yīng)滿足如下設(shè)計(jì)要求：1）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡量小，以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。2）應(yīng)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，減少磨損。3）應(yīng)裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。為了使從動(dòng)盤具有軸向彈性，常用的方法有：1）在從動(dòng)盤上開“T”形槽，外緣形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次向不同方向彎曲的波浪形。兩側(cè)的摩擦片則分別鉚在每相隔一個(gè)的扇形上?！癟”形槽還可以減小由于摩擦發(fā)熱而引起的從動(dòng)片翹曲變形。這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在貨車上。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。由于波形片比從動(dòng)片薄，故這種結(jié)構(gòu)軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適宜于高速旋轉(zhuǎn)，主要應(yīng)用于轎車和輕型貨車。3）利用階梯形鉚釘桿的細(xì)段將成對(duì)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)彈性行程大，彈性特性較理想，可使汽車起步極為平順。它主要應(yīng)用于中、高級(jí)轎車。4）將靠近飛輪的左側(cè)摩擦片直接鉚合在從動(dòng)片上，只在靠近壓盤側(cè)的從動(dòng)片鉚有波形片，右側(cè)摩擦片用鉚釘與波形片鉚合。這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，但強(qiáng)度較高，傳遞轉(zhuǎn)矩能力大，主要應(yīng)用于貨車上，尤其是重型貨車。5.2摩擦片的選擇離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：1）在工作時(shí)有相對(duì)較高的摩擦系數(shù)；2）在整個(gè)工作壽命期內(nèi)應(yīng)維持其摩擦特性，步希望出現(xiàn)，摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象；3）在短時(shí)間內(nèi)能吸收相對(duì)高的能量，且有好的耐磨性能；4）能承受較高的壓盤作用載荷，在離合器接合過程中表現(xiàn)出良好的性能；5）能抵抗高轉(zhuǎn)速下大的離心力載荷而不破壞；6）在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，有足夠的剪切強(qiáng)度；7）具有小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，材料加工性能良好；8）在整個(gè)正常工作溫度范圍內(nèi)，和對(duì)偶材料壓盤、飛輪等有良好的兼容摩擦性能；9）摩擦副對(duì)偶面有高度的溶污性能，不易影響它們的摩擦作用；10）具有良好的性能/價(jià)格比，不會(huì)污染環(huán)境。鑒于以上各點(diǎn)，近年來，摩擦材料的種類增長(zhǎng)極快。挑選摩擦材料的基本原則是：1）滿足較高性能標(biāo)準(zhǔn)；2）成本最?。?）考慮代替石棉。由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右。這種摩擦片的缺點(diǎn)是材料的性能不穩(wěn)定，溫度，滑磨速度及單位壓力的增加都將摩擦系數(shù)的下降和磨損的加劇。所以目前正在研制具有傳熱性好、強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨和較高摩擦系數(shù)（可達(dá)0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在該設(shè)計(jì)中選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接鉚接，采用這種方法后，當(dāng)在高溫條件下工作時(shí)，黃銅鉚接有較高的強(qiáng)度，同時(shí)，當(dāng)釘頭直接與主動(dòng)盤表面接觸時(shí)，黃銅鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會(huì)加劇主動(dòng)盤工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對(duì)摩擦系數(shù)的影響也較小。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便等優(yōu)點(diǎn)。由表3.1可知：摩擦片外徑D=250mm摩擦片內(nèi)徑d=155mm摩擦片厚度h=3.5mm摩擦片內(nèi)外徑比d/D=0.620通過以上數(shù)據(jù)，可以用CATIA畫出摩擦片（如圖5.1）圖5.1摩擦片5.3從動(dòng)片的選擇和設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)，為了減輕其重量，并使其質(zhì)量的分布盡可能的靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得最小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。離合器從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，慣性使變速器換擋齒輪的輪齒間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步器裝置加速磨損。慣性力的大小與從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，因此為了減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以減輕變速器換擋時(shí)的沖擊，從動(dòng)片一般都做得很薄，通常用1.3~3.0厚的鋼板沖制而成。為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤形部分磨薄至0.65~1.0，使其質(zhì)量分布更加靠近旋轉(zhuǎn)中心。具有軸向彈性的從動(dòng)片有以下3種結(jié)構(gòu)形式：整體式彈性從動(dòng)片（如圖5.2）、分開式彈性從動(dòng)片（如圖5.3）和組合式彈性從動(dòng)片（如圖5.4）17］。圖5.2整體式彈性從動(dòng)片1-從動(dòng)片；2-摩擦片；3-鉚釘整體式彈性從動(dòng)片如圖5.2所示，能達(dá)到軸向彈性的要求，其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，但其缺點(diǎn)是很難保證每一片扇形部分的剛度完全一致。圖5.3分開式彈性從動(dòng)片1-波形彈簧；2、6-摩擦片；3-摩擦片鉚釘；4-從動(dòng)片；5-波形彈簧鉚釘分開式彈性從動(dòng)片如圖5.3所示，可以消除整體式彈性從動(dòng)片的缺點(diǎn)，但是對(duì)制造、裝配等要求較高，制造成本較高，一般用于小轎車上。圖5.4組合式彈性從動(dòng)片1-從動(dòng)片；2-摩擦片鉚釘3-波形彈簧鉚釘；4-摩擦片；5-波形彈簧片越野車上則經(jīng)常采用組合式彈性從動(dòng)片如圖5.4所示，在這種構(gòu)造中，靠壓盤一側(cè)的從動(dòng)片1上鉚有波形彈簧片5，摩擦片4用鉚釘2鉚在波形彈簧5上；靠近飛輪一側(cè)無波形彈簧片，摩擦片直接鉚在從動(dòng)盤1上。為保證從動(dòng)片的彈性作用，波形彈簧片的壓縮行程可取0.8~1.1之間，至少不應(yīng)小于0.6。這里選用組合式彈性從動(dòng)片，從動(dòng)片外徑250，厚2.0，外緣磨薄至1.0，選用0.8厚波形彈簧片，波形彈簧片壓縮行程1.5，摩擦片厚3.0。5.4從動(dòng)盤轂的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)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(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax按國(guó)標(biāo)GB1144－74選取。從動(dòng)盤的軸向長(zhǎng)度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動(dòng)時(shí)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(dòng)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(duì)減振彈簧窗口及從動(dòng)片配合，應(yīng)進(jìn)行高頻處理。花鍵選取后應(yīng)進(jìn)行擠壓應(yīng)力σj（MPa）及剪切應(yīng)力τj（MPa）的強(qiáng)度校核：（5.1）（5.2）式中，z為從動(dòng)盤轂的數(shù)目；其余參數(shù)見表（5-1）。表5.1離合器從動(dòng)盤轂花鍵尺寸系列摩擦片外徑D/mm發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax/N·m花鍵尺寸擠壓應(yīng)力σj/Mpa齒數(shù)N外徑D′/mm內(nèi)徑d′/mm齒厚b/mm有效齒長(zhǎng)l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2從動(dòng)盤轂和變速器第1軸的花鍵集接合方式，眼下都是采用齒測(cè)定心的舉矩形花鍵，結(jié)構(gòu)形狀如圖5.5所示?；ㄦI之間為動(dòng)配合，在離合器分離和接合過程中，從動(dòng)盤轂?zāi)軌蛟诨ㄦI軸上自由滑動(dòng)。我國(guó)生產(chǎn)的離合器，其從動(dòng)盤花鍵多用SAE標(biāo)準(zhǔn)，有關(guān)尺寸見表5.2圖5.6從動(dòng)盤轂花鍵表5.2SAE矩形花鍵尺寸系列16］SAE根據(jù)摩擦片的外徑D=250mm與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Temax=194N·m，由表5.1查得n=10，D′=35mm，d′=28mm，b=4mm，l=35mm，σj=10.4MPa?；ㄦI選取SAE標(biāo)記下面進(jìn)行擠壓應(yīng)力（）及剪切應(yīng)力（）的強(qiáng)度校核：σj=5.03MPa<[σj]=10.4MPaτj=4.40MPa<[τj]=15MPa所以，所選花鍵尺寸能滿足使用要求。5.5減振器的設(shè)計(jì)和三維圖5.5.1減振器的功能為了降低汽車傳動(dòng)系的振動(dòng)，通常在傳動(dòng)系中串聯(lián)一個(gè)彈性一阻尼裝置，它就是裝在離合器從動(dòng)盤上的扭轉(zhuǎn)減振器。其彈性元件用來降低傳動(dòng)系前端的扭轉(zhuǎn)剛度，降低傳動(dòng)系扭振系統(tǒng)三節(jié)點(diǎn)振型的固有頻率，以便將較為嚴(yán)重的扭振車速移出常用車速范圍(當(dāng)然，在實(shí)際中要做到這一點(diǎn)是非常困難的)；其阻尼元件用來消耗扭振能量，從而可有效地降低傳動(dòng)系的共振載荷、非共振載荷及噪聲。5.5.2減振器的結(jié)構(gòu)類型的選擇圖5.7給出了幾種扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)圖，它們之間的差異在于采用了不同的彈性元件和阻尼裝置。采用圓柱螺旋彈簧和摩擦元件的扭轉(zhuǎn)減振器(見圖5.7a-d)得到了最廣泛的應(yīng)用。在這種結(jié)構(gòu)中，從動(dòng)片和從動(dòng)盤毅上都開有6個(gè)窗口，在每個(gè)窗口中裝有一個(gè)減振彈簧，因而發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由從動(dòng)片傳給從動(dòng)盤毅時(shí)必須通過沿從動(dòng)片圓周切向布置的彈簧，這樣即將從動(dòng)片和從動(dòng)盤毅彈性地連接在一起，從而改變了傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。當(dāng)6個(gè)彈簧屬同一規(guī)格并同時(shí)起作用時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器的彈性特性為線性的。這種具有線性特性的扭轉(zhuǎn)減振器，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，廣泛用于汽油機(jī)汽車中。當(dāng)6個(gè)彈簧屬于兩種或三種規(guī)格且剛度由小變大并按先后次序進(jìn)人工作時(shí)，則稱為兩級(jí)或三級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)減振器(圖5.7e為三級(jí)的)。這種非線性扭轉(zhuǎn)減振器，廣泛為現(xiàn)代汽車尤其是柴油發(fā)動(dòng)機(jī)汽車所采用。柴油機(jī)的怠速旋轉(zhuǎn)不均勻度較大，常引起變速器常嚙合齒輪輪齒問的敲擊。為此，可使扭轉(zhuǎn)減振器具有兩級(jí)或三級(jí)非線性彈性特性。第一級(jí)剛度很小，稱怠速級(jí)，對(duì)降低變速器怠速噪聲效果顯著。線性扭轉(zhuǎn)減振器只能在一種載荷工況(通常為發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩)下有效地工作，而三級(jí)非線性扭轉(zhuǎn)減振器的彈性特性則擴(kuò)大了適于其有效工作的載荷工況范圍，這有利于避免傳動(dòng)系共振，降低汽車在行駛和怠速時(shí)傳動(dòng)系的扭振和噪聲。采用空心圓柱形見(圖5.7f)或星形等其他形狀的橡膠彈性元件的扭轉(zhuǎn)減振器，也具有非線性的彈性特性。雖然其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、橡膠變形時(shí)具有較大的內(nèi)摩擦，因而不需另加阻尼裝置，但由于它會(huì)使從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量顯著增大，且在離合器熱狀態(tài)下工作需用專門的橡膠制造，因此尚未得到廣泛采用。圖5.7減振器結(jié)構(gòu)圖17］1-從動(dòng)片；2-從動(dòng)盤轂；3-摩擦片；4-減振彈簧；5-碟形彈簧墊片；6-壓緊彈簧；7-減振盤；8-橡膠彈性元件減振器的阻尼元件多采用摩擦片，在(圖5.7a)的結(jié)構(gòu)中阻尼摩擦片的正壓力靠從動(dòng)片與減振盤間的連接鉚釘建立。其結(jié)構(gòu)雖簡(jiǎn)單，但當(dāng)摩擦片磨損后，阻尼力矩便減小甚至消失。為了保證正壓力從而阻尼力矩的穩(wěn)定，可加進(jìn)碟形彈簧(圖5.7c，d)，同時(shí)采用不同剛度的碟形彈簧和圓柱螺旋壓簧分別對(duì)兩組摩擦片建立不同的正壓力(圖5.7d)，就可實(shí)現(xiàn)阻尼力矩的非線性變化。5.5.3扭轉(zhuǎn)減振器的參數(shù)確定1、扭轉(zhuǎn)減振器的角剛度減振器扭轉(zhuǎn)角剛度Ca決定于減振彈簧的線剛度及結(jié)構(gòu)布置尺寸，按下列公式初選角剛度Ca≤13（5.3）式中：為極限轉(zhuǎn)矩，按下式計(jì)算=1.5~2（5.4）式中：2.0適用乘用車，1.5適用商用車，本設(shè)計(jì)為乘用車，選取2.0，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，代入數(shù)值得=388N·m，Ca≤7273.5本設(shè)計(jì)初選Ca=7000N·m/rad。2、扭轉(zhuǎn)減振器最大摩擦力矩由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度Ca受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩。一般可按下式初選為=0.06～0.17（5.5）取=0.15，本設(shè)計(jì)按其選取=29.1N·m。3、扭轉(zhuǎn)減振器的預(yù)緊力矩減振彈簧安裝時(shí)應(yīng)有一定的預(yù)緊。這樣，在傳遞同樣大小的極限轉(zhuǎn)矩它將降低減振器的剛度，這是有利的，但預(yù)緊力值一般不應(yīng)該大于摩擦力矩否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將停止工作。一般選取=0.1=19.4N·m。4、扭轉(zhuǎn)減振器的彈簧分布半徑減振彈簧的分布尺寸R1的尺寸應(yīng)盡可能大一些，一般取R1=（0.6~0.7）D/2（5.6）其中D為摩擦片內(nèi)徑，代入數(shù)值，得R1=56mm。5、扭轉(zhuǎn)減振器彈簧數(shù)目可參考表5.3選取，本設(shè)計(jì)D=250mm，故選取Z=4。表5.3減振彈簧的選取離合器摩擦片外徑減振彈簧數(shù)目Z225～2504～6250～3256～8325～3558～10>35010以上6、扭轉(zhuǎn)減振器減振彈簧的總壓力當(dāng)限位彈簧與從動(dòng)盤轂之間的間隙被消除時(shí)，彈簧傳遞扭矩達(dá)到最大Tj=（5.7）式中：的計(jì)算應(yīng)按Tj的大者來進(jìn)行=692.86N。每個(gè)彈簧工作壓力（5.8）=173.22N。7、從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的最大轉(zhuǎn)角（5.9）=4.528、限位銷與從動(dòng)盤缺口側(cè)邊的間隙（5.10）式中：R2為限位銷的安裝半徑，λ一般為2.5～4mm。本設(shè)計(jì)取λ=3。9、限位銷直徑限位銷直徑按結(jié)構(gòu)布置選定，一般=9.5～12mm，本設(shè)計(jì)取=11。10、從動(dòng)盤轂缺口寬度及安裝窗口尺寸為充分利用減振器的緩沖作用，將從動(dòng)片上的部分窗口尺寸做的比從動(dòng)盤轂上的窗口尺寸稍大一些，如圖5.7所示。圖5.8從動(dòng)盤窗口尺寸簡(jiǎn)圖一般推薦A1-A=a=1.4～16mm。這樣，當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鱽頉_擊時(shí)，開始只有部分彈簧參加工作，剛度較小，有利于緩和沖擊。本設(shè)計(jì)取a=1.5mm，A=24mm，A1=25.5mm。5.5.4減振彈簧的尺寸確定在初步選定減振器的主要尺寸后，即可根據(jù)布置上的可能來確定和減振彈簧設(shè)計(jì)的相關(guān)尺寸。彈簧的平均直徑：一般由結(jié)構(gòu)布置決定，通常選取=11～15左右。本設(shè)計(jì)選取=12。彈簧鋼絲直徑：（5.11）式中：扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力=550～600MPa，D1算出后應(yīng)該圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，一般為3～4mm左右。代入數(shù)值，得=3.276mm，符合上述要求。減振彈簧剛度：（5.12）=200.9N/mm減振彈簧的有效圈數(shù)：=（5.13）式中：G為材料的扭轉(zhuǎn)彈性模數(shù)，對(duì)鋼=83000N/mm2，代入數(shù)值，得=3.44。減振彈簧的總?cè)?shù)=5.44。減振彈簧在最大工作壓力P時(shí)最小長(zhǎng)度：（5.14）=19.61mm式中：=0.3276為彈簧圈之間的間隙。減振彈簧的總變形量：（5.15）=3.45減振彈簧的自由高度：（5.16）=23.06減振彈簧的預(yù)變形量：（5.17）=0.214減振彈簧安裝后的工作高度：（5.18）=22.8通過以上所得數(shù)據(jù)，可以用CATIA畫出減振彈簧（圖5.9）和減振盤（圖5.10）圖5.9減振彈簧圖5.10減振盤6膜片彈簧的設(shè)計(jì)6.1膜片彈簧的概念膜片彈簧的大端處為一完整的截錐，類似無底的碟子，和一般機(jī)械上用的碟形彈簧一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。與碟形彈簧不同的是在膜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呈長(zhǎng)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(zhǎng)方孔又可用來安置銷釘固定膜片彈簧。6.2膜片彈簧的彈性特性膜片彈簧的彈性特性是由其碟簧部分所決定，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(見圖6.1)。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)=，特性曲線上有一拐點(diǎn)，若(H/h)=1.5≈，則特性曲線中段平直，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小。這種特性很適于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)=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。這種彈簧適于汽車液力傳動(dòng)中的鎖止機(jī)構(gòu)。圖6.1不同時(shí)的無彈性特性曲線碟形彈簧當(dāng)其大、小端部承受壓力時(shí)，載荷P與變形久之間有如下關(guān)系：（6.1）式中：E—彈性模量，對(duì)于鋼：E=21X104MPaμ—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。汽車離合器膜片彈簧在實(shí)際安裝中的支承點(diǎn)如圖6.2所示。圖6.2膜片彈簧在離合器接合和分離狀態(tài)時(shí)的受力以及變形(6.2)經(jīng)過整理式（6.1）可得如下關(guān)系式：（6.3）利用式（6.3）可繪制出膜片彈簧的—特性曲線，如圖6.3所示。圖6.3膜片彈簧特性曲線（6.4）式（6.2）即為分離軸承推力與膜片彈簧變形的關(guān)系式。將（6.5）與（6.6）代入（6.4）中，（6.5）（6.6）可得到與的關(guān)系式（6.7），式中為分離軸承作用半徑=25mm（6.7）6.3膜片彈簧的強(qiáng)度計(jì)算前述膜片彈簧的載荷與變形之間的關(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地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?，因而該點(diǎn)處的切向應(yīng)力亦為零。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)力。若如圖6.4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：（6.8）式中：—碟簧部分子午截面的轉(zhuǎn)角，rad；—膜片彈簧自由狀態(tài)時(shí)的圓錐底角，rad；圖6.4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—中性點(diǎn)O的半徑，mm；。經(jīng)計(jì)算=537MPa，不大于1500~1700Mpa，符合適用強(qiáng)度。6.4膜片彈簧基本參數(shù)的選擇1、膜片彈簧原始內(nèi)截錐高與彈簧片厚度比的選擇此比值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對(duì)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。一般汽車的膜片彈簧離合器多取：其中：h為鋼板厚度，取2mm，H/h取等于1.5則膜片彈簧原始內(nèi)截錐高H=3mm。2、膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇汽車離合器膜片彈簧特性曲線的形狀如圖6.5所示。選擇好曲線上的定工圖6.5膜片彈簧工作位置圖作點(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τ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)在接合狀態(tài)時(shí)的工作點(diǎn)，通常取在使其橫坐標(biāo)為=(0.8～1.0)τ的位置，以保證摩擦片在最大磨損后的工作點(diǎn)A處壓緊力變化不大。摩擦片總的最大允許磨損量可按下式求得：（6.9）式中：—離合器的摩擦片工作表面數(shù)目，例單片=2；—每個(gè)摩擦工作表面的最大允許磨損量，一般為=0.5～lmm。C點(diǎn)為離合器徹底分離時(shí)的工作點(diǎn)。它以靠近N點(diǎn)為好，以減小分離軸承的推力使操縱輕便。這里本離合器為單片式離合器，所以=2，該車型以城市公路為主，再考慮經(jīng)濟(jì)性，故取=lmm。由上可知=2mm。3、膜片彈簧大端半徑及大端半徑與分離指半徑比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)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常取R/r=1.2～1.3(即1.25左右)。膜片彈簧大端半徑即為摩擦片外徑取R=250mm。而R/r=1.25，所以r=200mm。4、膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角α在10°～12°范圍內(nèi)選擇。取α=10°。5、膜片彈簧小端半徑及分離軸承作用半徑膜片彈簧小端半徑由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸的花鍵外徑。分離軸承作用半徑為標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)大于。按華健外徑選用=22.5，也應(yīng)大于華健外徑35mm，取=20mm。6、分離指的數(shù)目和切槽寬及半徑分離指的數(shù)目n多取為18；切槽寬=3.2～3.5mm；=9～l0mm；半徑的取值應(yīng)滿足(r-)>δ2的要求。選取=3.3mm，=9mm；=90mm，其滿足(r-)>的要求。7、支承圈平均半徑和膜片彈簧與壓盤的接觸半徑支承圈平均半徑與膜片彈簧與壓盤的接觸半徑的取值將影響膜片彈簧的剛度。應(yīng)略大于r且盡量接近r；應(yīng)略小于R且盡量接近于R。通過以上數(shù)據(jù)，可以用CATIA畫出膜片彈簧（圖6.6）圖6.6膜片彈簧7離合器操縱系統(tǒng)設(shè)計(jì)7.1離合器踏板位置、行程和踏板力離合器踏板位置、行程和踏板力，對(duì)于駕駛員操作舒適性至關(guān)重要，應(yīng)從人體工程學(xué)進(jìn)行考慮。7.1.1踏板位置離合器踏板的操縱通常設(shè)計(jì)為由左腳控制，因此，踏板的最佳位置應(yīng)和左腳保持處在同一條直線上最為舒服，為此，離合器踏板在車內(nèi)的位置就要更偏左（對(duì)右側(cè)行車的汽車而言），它給車內(nèi)左側(cè)留下的橫向剩余空間就要小一些。在不操作離合器踏板時(shí)，左腳擱在在離合器踏板的左側(cè)，這樣左側(cè)空間會(huì)顯得更?。淮送?，腳和腿也要向左歪一些，不能正對(duì)前方。考慮到這些因素，大部分離合器踏板實(shí)際布置位置還需適當(dāng)靠右，即靠向人體中間部分。具體布置應(yīng)以人體左右對(duì)稱中心為準(zhǔn)向左移80~100，作為離合器踏板中心線的位置。踏板的最小高度是指，當(dāng)用腳趾在踏板中央處踩踏板到底時(shí)，允許左腳跟剛接觸及地板。對(duì)于面積7575的踏板，布置踏板高度時(shí)，若從其下邊沿起，距地板不小于150，這對(duì)于5%分位的女性的腳（從腳趾到腳跟，光腳為160）和95%分位的男性的腳（210）都可以包容。7.1.2踏板行程離合器踏板最大行程是指從踏板最高點(diǎn)至最低點(diǎn)所劃過的距離。踏板最大行程應(yīng)175mm；現(xiàn)今小轎車的踏板最大行程一般約為150mm。本次設(shè)計(jì)SUV選取踏板行程為150mm。踏板行程有若干臨界區(qū)影響離合器的接合品質(zhì)，可以看到其臨界區(qū)（點(diǎn)）是一下3個(gè)方面：（a）離合器踏板儲(chǔ)備行程。指從離合器完全分離時(shí)起到踏板行程終了間的距離，它至少應(yīng)留25的踏板行程以確保離合器在所有情況下都能徹底分離。因?yàn)楫?dāng)離合器系統(tǒng)因外界影響因素而表面升高時(shí)，若它的儲(chǔ)備行程過小，這就可能影響離合器徹底分離。因?yàn)楫?dāng)離合器系統(tǒng)因外界影響因素而溫度升高時(shí)，若它的儲(chǔ)備行程過小，就有可能影響離合器的徹底分離，造成變速器換檔時(shí)的齒輪撞擊，換檔力增加并加快同步器的磨損。（b）接合開始點(diǎn)。它出現(xiàn)在離合器踏板往上抬的離合器接合過程中，位于儲(chǔ)備點(diǎn)或徹底分離點(diǎn)之上，若它距離儲(chǔ)備點(diǎn)超過50以上，就難以從腳感上確定踏板的位置，因?yàn)轷钻P(guān)節(jié)部位只能在50~60范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。（c）接合調(diào)節(jié)區(qū)。它起于接合開始而終于離合器的摩擦力矩等于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩之時(shí)，因?yàn)樵陔x合器的接合過程中，轉(zhuǎn)矩容量是從“0”到最大（已靠近踏板最高行程位置），故接合終了的的區(qū)域是變動(dòng)的。當(dāng)離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，離合器的完全接合發(fā)生在踏板行程靠近終了頂部，而在部分負(fù)荷小轉(zhuǎn)矩時(shí)，則靠近于開始接合點(diǎn)不遠(yuǎn)離合器就接合了。在正常行駛范圍內(nèi)，大部分離合器的接合發(fā)生在很窄的踏板行程之內(nèi)即可完成。7.1.3踏板力對(duì)于一定離合器總成，離合器踏板力取決于離合器分離軸承的輸出力及操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比（或杠桿比），加大傳動(dòng)比會(huì)使踏板力減小但行程增加。踏板力大小直接影響到對(duì)離合器操縱的輕便性。對(duì)于轎車和輕型卡車，其踏板力可取：較輕的踏板力：<100較重的踏板力：130決定踏板力大小的主要因素是車輛的使用情況。例如商用汽車滿載越野行駛在邊緣地區(qū)，95%分位的男性駕駛員穿戴著厚的衣服和靴子，這就需要有較重的踏板力，這樣可供足夠的腳感反饋給駕駛員去適當(dāng)操作離合器。而與此完全相反的情況，輕巧的不帶負(fù)荷的小轎車，由5%分位的女性的穿著輕薄的衣服，下面光腳穿著涼鞋來駕駛，而行駛在平坦干燥的路面上，此時(shí)需要踏板力要在較輕的范圍，因?yàn)橐延凶銐虻母杏X反饋給駕駛員來控制離合器踏板，操作起來也很舒服。這類汽車如果踏板力過大反而不恰當(dāng)，難以接受。離合器踏板位置高度及其行程對(duì)踏板力的影響也需考慮，因踏板離地板高且行程大的車輛，操作離合器踏板時(shí)，腳要完全離開地板，大腿也要抬離座椅。這種情況下踏板就要能支持腳和腿的重量，過小的踏板力就會(huì)使踏板輕易地移動(dòng)使離合器動(dòng)作，而且由于腳和腿沒有支撐，輕的離合器踏板力反而使離合器的控制更為困難。若有較大的踏板力，可以部分支撐腳和腿的重量，就能更為安全，舒適的操作。商用汽車的踏板力一般可取較為合適：=150重了一點(diǎn)：>200若離合器踏板離地板較近且行程較短，操縱時(shí)腳跟可不離地板，腿完全依靠在座椅上，此時(shí)，踏板只需支撐腳的部分重量，采用輕的踏板力是適當(dāng)?shù)?，操作離合器也很舒適。7.2操縱系統(tǒng)周邊工作環(huán)境和時(shí)間因素的影響操作系統(tǒng)周邊工作環(huán)境對(duì)操作系統(tǒng)的功能，使用和安裝都有影響。在設(shè)計(jì)操作系統(tǒng)時(shí)應(yīng)予以考慮，這將有助于改善系統(tǒng)使用的可靠性和維修性能提高顧客對(duì)產(chǎn)品的滿意程度。下面是要考慮的一些因素：元件安裝在支承面。要考慮到系統(tǒng)中各元件（如踏板、主油缸、只承銷等）在安裝支承處的剛度；靜態(tài)和動(dòng)態(tài)狀況。靜止不動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)與各不動(dòng)零件間有足夠間隙，運(yùn)動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)和相鄰的轉(zhuǎn)動(dòng)、移動(dòng)零件有足夠間隙；維修空間。便于手和工具能容易地接近、安裝和拆修零件；污染。對(duì)容易進(jìn)水、進(jìn)塵、進(jìn)土、進(jìn)油的和易氧化的零件作必要的防護(hù)；熱。對(duì)離合器系統(tǒng)內(nèi)部和周圍的發(fā)熱器件（如壓盤、排氣管、催化變速器等），要注意隔熱，防止過高的溫度對(duì)操縱系統(tǒng)的影響。操縱系統(tǒng)元器件在污染、熱的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，就會(huì)使它們老化，失去原有的性能。系統(tǒng)中的零件若用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，大多很容易沾上塵土從而降低系統(tǒng)的效率，因此在操縱系統(tǒng)的元器件選擇材料時(shí)，要充分考慮到污染、溫度、潤(rùn)滑等因素在時(shí)間上的影響，以保證操縱系統(tǒng)工作的可靠性并在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持良好的性能。7.3離合器操縱系統(tǒng)常用的離合器操縱傳動(dòng)有機(jī)械式和液壓式。為了降低踏板力，在操縱傳動(dòng)中可引入助力裝置。7.3.1機(jī)械式傳動(dòng)離合器操縱的機(jī)械式傳動(dòng)有兩類：桿系傳動(dòng)和拉索傳動(dòng)。（1）桿系傳動(dòng)圖7.1離合器制動(dòng)裝置1-離合器踏板；2-踏板臂；3-控制閥；4-制動(dòng)閥；5-活塞；6-制動(dòng)齒輪桿系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠，廣泛用與各種類型的汽車上。但摩擦和損耗都比較大；傳動(dòng)效率低；不能采用宜于司機(jī)操作的吊掛式踏板結(jié)構(gòu)，踏板處的地板密封困難；由于發(fā)動(dòng)機(jī)是經(jīng)彈性支承安裝在車架或車身