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SY-025-BY-2
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
學(xué)生姓名
劉杰慧
系部
汽車工程系
專業(yè)、班級(jí)
車輛工程B04-17班
指導(dǎo)教師姓名
石美玉
職稱
副教授
從事
專業(yè)
車輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱
中型載貨汽車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)
一、設(shè)計(jì)目的、意義
離合器看似結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是其結(jié)構(gòu)的發(fā)展卻經(jīng)歷了上百年的歷史，融合了幾代人的智慧和心血才發(fā)展到今天的程度。其設(shè)計(jì)理論也從傳統(tǒng)的機(jī)械、力學(xué)領(lǐng)域，深入到熱、電、材料、控制等眾多領(lǐng)域。目前，離合器的發(fā)展也面臨著用新的技術(shù)進(jìn)行改造和提高的問(wèn)題。我國(guó)的車輛工業(yè)相對(duì)于世界上其他先進(jìn)國(guó)家相對(duì)落后，雖然從國(guó)外引進(jìn)了許多新產(chǎn)品、新技術(shù)，但是對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)的消化掌握還有一段距離。本文立足于國(guó)內(nèi)，以最常用的中型載貨汽車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)為例，希望能起到拋磚引玉的作用，使我國(guó)離合器的自主開(kāi)發(fā)能力及產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平進(jìn)一步提高。對(duì)汽車離合器現(xiàn)有的各種類型進(jìn)行研究，并對(duì)部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使設(shè)計(jì)的離合器力求突出兩個(gè)特點(diǎn)，具有較高的性能質(zhì)量和較低的成本。
二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、技術(shù)要求
設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
（1）離合器設(shè)計(jì)的目的意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀；
（2）離合器的功用、分類與工作原理；
（3）離合器的設(shè)計(jì)理論；
（4）中型載貨汽車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)；
（5）離合器性能結(jié)構(gòu)分析。
技術(shù)要求（研究方法）：
（1）了解汽車離合器設(shè)計(jì)的目的意義、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀；
（2）研究汽車離合器設(shè)計(jì)的方法、步驟；
（3）以解放載貨汽車及發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)為依據(jù)，進(jìn)行中型載貨汽車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)；
（4）充分查閱資料（相關(guān)書籍、設(shè)計(jì)手冊(cè)、網(wǎng)絡(luò)、近幾年專業(yè)期刊等）、調(diào)研；
（5）設(shè)計(jì)應(yīng)理論聯(lián)系實(shí)際，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，方案正確、計(jì)算準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)合理、圖紙及撰寫規(guī)范。
三、設(shè)計(jì)完成后應(yīng)提交的成果
CAD繪制離合器設(shè)計(jì)裝配圖、零件圖折合0號(hào)圖紙3張以上，設(shè)計(jì)說(shuō)明書15000字以上。
四、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排
（1）調(diào)研、資料收集、完成開(kāi)題報(bào)告 第4周（3.24-3.30）
（2）整理資料、提出問(wèn)題、撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書草稿、繪制裝配方案草圖 第5周—第6周（3.31-4.13）
（3）理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，完成離合器的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要性能參數(shù)驗(yàn)算，離合器性能結(jié)構(gòu)分析，CAD繪圖等大部分設(shè)計(jì)內(nèi)容，中期檢查 第7周—第10周（4.14-5.11）
（4）改進(jìn)完成設(shè)計(jì)、改進(jìn)完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書，指導(dǎo)教師審核，學(xué)生修改 第11周—第14周（5.12-6.8）
（5）畢業(yè)設(shè)計(jì)審核、修改 第15—16周（6.9-6.22）
（6）畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯準(zhǔn)備及答辯 第17周（6.23-6.27）
五、主要參考資料
1.徐石安，江發(fā)潮.汽車離合器（汽車設(shè)計(jì)叢書）.北京：清華大學(xué)出版社，2005
2.阮中堂.聯(lián)軸器、離合器設(shè)計(jì)與選用指南.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005
3.林世裕.膜片彈簧與碟形彈簧離合器的設(shè)計(jì)與制造.南京：東南大學(xué)出版，1995
4.陳立德主編.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》.高等教育出版社，2000.4
5.王寶璽主編.《汽車制造工藝學(xué)》（3）.機(jī)械工業(yè)出版社，2007.5
6.陳秀寧，施高義編.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》.浙江大學(xué)出版社，2000.4
7.劉惟信主編.《汽車設(shè)計(jì)》.清華大學(xué)出版社，2001.7
8.李碩根，楊興駿編.《互換性與技術(shù)測(cè)量》.中國(guó)計(jì)量出版社，1999
9.汽車構(gòu)造、汽車?yán)碚?、汽車設(shè)計(jì)書籍
10.離合器設(shè)計(jì)資料
11.網(wǎng)絡(luò)資源
12.近幾年相關(guān)專業(yè)期刊等
六、備注
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
摘 要
我國(guó)的車輛工業(yè)相對(duì)于世界其他先進(jìn)國(guó)家相當(dāng)落后，雖然從國(guó)外引進(jìn)了許多新產(chǎn)品、新技術(shù)，但是離全面掌握核心技術(shù)還有很長(zhǎng)的差距。本設(shè)計(jì)最典型的中型載貨汽車技術(shù)參數(shù)為依據(jù)，對(duì)其進(jìn)行膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)。希望能使我國(guó)離合器的自主開(kāi)發(fā)能力及產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平得到一定的提高。
現(xiàn)代汽車摩擦離合器在設(shè)計(jì)中根據(jù)車型的類別，使用要求，與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配要求，制造條件以及標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化要求等，合理地設(shè)計(jì)離合器總成的結(jié)構(gòu)顯的尤為重要。本文研究了離合器及其操縱機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)知識(shí)、設(shè)計(jì)理念及方法等。并且對(duì)離合器及其操縱機(jī)構(gòu)的主要零件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，其中重點(diǎn)研究了膜片彈簧、扭轉(zhuǎn)減振器、操縱機(jī)構(gòu)和摩擦片的設(shè)計(jì)方法、思路、理論。對(duì)結(jié)構(gòu)元件分析、主要參數(shù)及零件載荷的確定、強(qiáng)度計(jì)算方法都有詳細(xì)的介紹。
本設(shè)計(jì)得到了以粉末冶金材料作為離合器摩擦片摩擦材料的單片推式膜片彈簧離合器，滿足了較高性能的標(biāo)準(zhǔn)，取代了對(duì)環(huán)境有污染的石棉基摩擦材料。
關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧；摩擦片；操縱機(jī)構(gòu)；設(shè)計(jì)
ABSTRACT
Vehicles industry of China is opposite to the world other advanced countries quite falls behind, although from overseas has introduced many new products, the new technology, but to comprehensively grasps the core technology also to have the very long disparity. This design most typical medium truck technology parameter is the basis, carries on the diaphragm spring coupling design to it. The hope can cause our country coupling the independent development ability and the product design level obtains the certain enhancement.
The modern automobile friction clutch acts according to the vehicle type in the design the category, the operation requirements, with the engine match requirement, the manufacture condition as well as the standardization, the universalization, the serialized requirement and so on, reasonably designs the structure which the coupling always becomes to reveal especially is important. This article has studied the coupling and its the ontrols organization structure knowledge, the design idea and the method and so on. And has carried on the detailed design calculation to the coupling and its the ontrols organization major parts, has studied the disk spring, the reverse shock absorber, the ontrols organization with emphasis and the clutch plate design method, mentality, theory. To the structural element analysis, the main parameter and the components load determination, the strength calculation method all has the detailed introduction.
This design obtained monolithic has pushed the type disk spring coupling by the powder metallurgy material as the clutch plate friction material, satisfied has compared the high performance the standard, substituted had the pollution to the conditions the asbestos base to rub the material.
Key words: Clutch；Diaphragm Spring；The Clutch Plate；Ontrols Organization；Design
III
本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
中型車膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)
系部名稱： 汽車工程系
專業(yè)班級(jí)： 車輛工程 B04-17班
學(xué)生姓名： 劉杰慧
指導(dǎo)教師： 石美玉
職 稱： 副教授
黑 龍 江 工 程 學(xué) 院
二○○八年六月
The Graduation Design for Bachelor's Degree
Medium Truck
Diaphragm Clutch Design
Candidate：Liu Jiehui
Specialty：Vehicle Engineering
Class：B04-17
Supervisor：Associate Prof. Shi Meiyu
Heilongjiang Institute of Technology
2008-06·Harbin
黑龍江工程學(xué)院本科畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)
第1章 緒 論
1.1引言
在以內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)汽車中，離合器都是作為一個(gè)獨(dú)立的零件存在。雖然發(fā)展自動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，但也有專家指出：根據(jù)德國(guó)出版的2003年世界汽車年簽，2002年世界各國(guó)114家汽車所生產(chǎn)的1864款乘用車中，手動(dòng)機(jī)械變速器車款為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26.35%；若考慮商用車中更是多數(shù)采用手動(dòng)變速器，手動(dòng)擋汽車目前仍是世界車款的主流（其中不排除一些國(guó)家或地區(qū)自動(dòng)變速器車款是其主流產(chǎn)品）。談到未來(lái)，考慮到手動(dòng)傳動(dòng)系將向自動(dòng)自動(dòng)傳動(dòng)系過(guò)度，但現(xiàn)在手動(dòng)傳動(dòng)戲也在不斷改善，因此也是自動(dòng)傳動(dòng)系的有力競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。可以說(shuō)，從目前到將來(lái)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。
1.2汽車離合器的現(xiàn)狀發(fā)展
1.2.1汽車離合器的現(xiàn)狀
如今單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面相當(dāng)完善。采用具有軸向彈性的從動(dòng)盤，提高了離合器結(jié)合的平順性。離合器從動(dòng)盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)載、共振，并且減小了傳動(dòng)系噪聲。
近年來(lái)，出現(xiàn)了扭轉(zhuǎn)減振特性和性能價(jià)格比較為理想的雙質(zhì)量飛輪結(jié)構(gòu)，這種飛輪由初級(jí)飛輪、扭轉(zhuǎn)減振器和次級(jí)飛輪組成，采用徑向布置減振彈簧，在有限的空間可以獲得相當(dāng)好的減振效果。它突破了傳統(tǒng)的飛輪鑄造生產(chǎn)方法，以鋼板沖壓取而代之。
隨著汽車運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，離合器還要在原有的基礎(chǔ)上不斷提高和改進(jìn)，以適應(yīng)新的使用條件。從國(guó)外的發(fā)展動(dòng)向來(lái)看，近年來(lái)車輛在性能上向高速發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速不斷提高，載貨汽車趨于大型化，國(guó)內(nèi)也有類似情況。此外，離合器的使用條件也日酷一日。因此，提高離合器的傳扭能力、提高其使用壽命、簡(jiǎn)化操作已成為離合器目前發(fā)展的趨勢(shì)。
對(duì)于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動(dòng)機(jī)功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加了離合器扭轉(zhuǎn)能力，提高其使用壽命，簡(jiǎn)化操作，已成為重型離合器發(fā)展的趨勢(shì)。為了提高離合器的扭轉(zhuǎn)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，雙片離合器的扭轉(zhuǎn)能力和使用壽命是單片1倍。但受到其它客觀因素的影響，實(shí)際效果要比理論值低一些。
近年來(lái)濕式離合器在技術(shù)上不斷的改進(jìn)，在國(guó)外某些重型牽引汽車和自卸汽車上又開(kāi)始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低，因此起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。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)干式的5~6倍。
1.2.2汽車離合器的發(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(shè)計(jì)曾裝在德國(guó)戴母勒公司的鋼制車輪的小汽車上。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)部件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀(jì)20年代中葉，對(duì)當(dāng)時(shí)來(lái)說(shuō)，錐形離合器修復(fù)比較簡(jiǎn)單，摩擦面容易修復(fù)。它的材料曾用過(guò)駝毛帶、皮革帶等。
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(diǎn)是在汽車起步時(shí)離合器的結(jié)合比較平順，無(wú)沖擊。早期的設(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，把它們置于油中工作，能達(dá)到更為滿意的性能。
在油中的盤式離合器，摩擦片直徑不能太大，以避免在高速時(shí)把油給甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不容易分離。但畢竟優(yōu)點(diǎn)大于缺點(diǎn)。因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，許多離合器還在探索原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。
石棉基材料的引入和改進(jìn)，使得盤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(jì)20年代末，直到30年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。
離合器執(zhí)行系統(tǒng)的使用環(huán)境非常惡劣，長(zhǎng)時(shí)間的經(jīng)受高溫，而且又暴露在壓力油和潤(rùn)滑劑中。以往主動(dòng)缸和從動(dòng)缸組件都必須使用金屬，近年來(lái)，美國(guó)一汽車產(chǎn)品公司向各大洲的車商提供用塑料制的離合器執(zhí)行系統(tǒng)，該商品的商標(biāo)為CSC，是用LFRT，即用50%的長(zhǎng)纖維增強(qiáng)的黑色尼龍，該材料的硬度大、重量輕、比模量超過(guò)鋁合金。它的纖維分布均勻，是隨機(jī)分布的，尺寸穩(wěn)定性好、收縮率低、約為0.2%。由于纖維完全浸潤(rùn)在尼龍樹(shù)脂中，而且端頭較少，完全能保證有出色的光亮表面。50%的長(zhǎng)纖維，使熱膨脹系統(tǒng)幾乎與金屬相同，該公司認(rèn)為，如果仔細(xì)地將注塑件的尼龍成份燒掉，留下的骨架部分（纖維）幾乎仍保留制品的形狀。這表明產(chǎn)品中的纖維的分布是各向同性，所以收縮一致，抑制了翹曲。CSC的表面光潔度較鑄鋁件好，有助于延長(zhǎng)從動(dòng)缸的密封壽命。該產(chǎn)品的型號(hào)是PA66.GF50-02，完全符合所有的長(zhǎng)期爆炸測(cè)試要求，室溫下的抗拉強(qiáng)度幾乎達(dá)到50000lb/ft2，疲勞強(qiáng)度高，抗蠕變能力強(qiáng)，在149℃下，抗拉強(qiáng)度仍有20000lb/ft2，50%長(zhǎng)玻纖增強(qiáng)的PA，密度為1.5g/cm3，所以也減輕了重量。通過(guò)注塑成型生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件與鑄鋁相比，節(jié)約了成本。
多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)以及材料的日新月異，使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器因?yàn)樗哂袕膭?dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、散熱性好、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點(diǎn)，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到結(jié)合平順，因此現(xiàn)在廣泛用于大、中、小各類車型中[1]。
1.3本文研究的主要內(nèi)容
本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：
（1）離合器類型的選擇；
（2）各部件參數(shù)的選擇；
（3）各部件的參數(shù)計(jì)算各部件的設(shè)計(jì)；
（4）總體布置；
（5）圖紙的繪制。
主要設(shè)計(jì)步驟如下：
（1）確定要設(shè)計(jì)的膜片彈簧離合器的基本結(jié)構(gòu)，包括主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)、操縱機(jī)構(gòu)；
（2）根據(jù)設(shè)計(jì)的形式確定主要機(jī)構(gòu)的基本數(shù)據(jù)；
（3）根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)情況提出改進(jìn)意見(jiàn)和措施，找出設(shè)計(jì)的不足和所受的條件限制，提出解決方案；
（4）根據(jù)計(jì)算結(jié)果繪制圖紙并撰寫說(shuō)明書。
第2章 離合器結(jié)構(gòu)原理分析
2.1離合器機(jī)構(gòu)類型的分析
汽車離合器有摩擦式、液力式和電磁式三種類型，但摩擦式離合器用得最為廣泛。
摩擦離合器的類型很多，主要有周置式離合器、中央彈簧離合器、斜置彈簧離合器、膜片彈簧離合器。周置式離合器主要用在商用載重汽車上，螺旋彈簧沿著壓盤的圓周作同心圓布置：中央彈簧離合器，采用1~2個(gè)圓柱螺旋彈簧或用一個(gè)矩形斷面的錐形螺旋彈簧做壓簧并布置在離合器正中間的結(jié)構(gòu)形式，稱為中央離合器。中央離合器的壓簧不和壓盤直接接觸，因此壓盤由于摩擦生成的熱量不會(huì)直接傳遞給彈簧使其回火失效。中央彈簧的壓緊力通過(guò)杠桿系統(tǒng)作用于壓盤，并按杠桿比放大，因此可用較小的彈簧力得到足夠大的壓盤壓緊力。膜片彈簧離合器是用膜片彈簧代替了壓緊彈簧及分離桿機(jī)構(gòu)而作成的離合器，因?yàn)樗贾迷谥醒?，所以也可算中央彈簧離合器：雙片離合器，單片離合器由于受到壓緊彈簧結(jié)構(gòu)布置和設(shè)計(jì)的限制，其轉(zhuǎn)矩容量也受到限制。其次還有斜置拉式螺旋彈簧離合器、金屬陶瓷離合器、濕式離合器。
膜片彈簧離合器與其他形式的離合器相比，具有一系列優(yōu)點(diǎn)：⑴膜片彈簧具有較理想的非線性彈性特性，彈簧壓力在摩擦片的允許磨損范圍內(nèi)基本保持不變，因而離合器工作中能保持傳遞的轉(zhuǎn)矩大致不變；相對(duì)圓柱螺旋彈簧，其壓力大大下降，離合器分離時(shí)，彈簧壓力有所下降，從而降低了踏板力。對(duì)于圓柱螺旋彈簧，其壓力則大大增加。⑵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)量小。⑶高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱螺旋彈簧壓緊力則明顯下降。⑷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。⑸易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長(zhǎng)。⑹膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。
按其分離軸承運(yùn)動(dòng)的方向可分為推式和拉式兩種。拉式膜片彈簧離合器較推式在性能上有更多的優(yōu)點(diǎn)，但由于受到分離軸承機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、拆裝復(fù)雜等因素的困擾，因此在本設(shè)計(jì)選用推式的結(jié)構(gòu)形式[2]。
2.2膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理
1、離合器的結(jié)構(gòu)：發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪是離合器的主動(dòng)部件（如圖2.1所示），帶有摩擦片的從動(dòng)盤和從動(dòng)盤轂借滑動(dòng)花鍵與變速器第一軸（離合器從動(dòng)軸）相連。壓緊彈簧將從動(dòng)盤壓緊在飛輪端面。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩即靠飛輪與主動(dòng)盤面之間的摩擦作用而傳到從動(dòng)盤上，在由此經(jīng)過(guò)變速器的第一軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的中一系列部件傳給驅(qū)動(dòng)輪。壓緊彈簧的壓緊力越大，則離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩也越大。
2、從動(dòng)盤：主要由從動(dòng)片、摩擦片、從動(dòng)盤轂等三個(gè)基本部件組成。為了使單盤離合器結(jié)合柔和，起步平穩(wěn)，從動(dòng)盤一般具有軸向彈性。具有軸向彈性的從動(dòng)盤結(jié)構(gòu)大致有整體式、分開(kāi)式和組合式幾種。
3、扭轉(zhuǎn)減振器：發(fā)動(dòng)機(jī)傳到汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)矩是周期地不斷變化著的，這就使的傳動(dòng)系統(tǒng)中產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。如果其振動(dòng)的頻率與傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率相一致，就會(huì)發(fā)生共振，這對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)零件壽命有很大影響。此外在不分離離合器的情況下進(jìn)行緊急制動(dòng)或猛烈接合時(shí)，瞬間將造成對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)極大的沖擊載荷，從而縮短零件的使用壽命。為了避免共振，緩和傳動(dòng)系統(tǒng)所受的沖擊載荷，提高零件的壽命，通常在各種轎車，貨車的傳動(dòng)系中都裝有扭轉(zhuǎn)減振器。
4、操縱機(jī)構(gòu)：離合器的操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員借以使離合器，或使之柔和結(jié)合的一套機(jī)構(gòu)。它起始于離合器踏板，終止于離合器殼（飛輪殼）內(nèi)的分離軸承。按照分離離合器的操縱能源不同，離合器操縱機(jī)構(gòu)可分為人力式和氣壓式兩類。前者是以駕駛員的肌體作為惟一的操縱動(dòng)力，后者是以發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)作為主要操縱動(dòng)力，而以人力作為輔助和后備的操縱動(dòng)力。
5、離合器蓋總成：壓盤、分離桿、壓緊彈簧一起組裝在離合器蓋內(nèi)，組成離合器蓋總成。蓋總成通過(guò)螺栓安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪上。飛輪和壓盤為主動(dòng)件，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過(guò)這兩個(gè)主動(dòng)件輸入。飛輪和壓盤之間為從動(dòng)盤總成，它作為從動(dòng)件通過(guò)摩擦接受由主動(dòng)件傳來(lái)的輸入轉(zhuǎn)矩，并通過(guò)其中間的從動(dòng)盤轂花鍵輸出轉(zhuǎn)矩。壓緊彈簧通過(guò)壓盤那從動(dòng)盤總成緊緊壓在飛輪上，形成工作壓力。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)飛輪和壓盤一道旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)壓盤上壓緊彈簧產(chǎn)生的工作壓力所形成的摩擦力，帶動(dòng)從動(dòng)盤總成旋轉(zhuǎn)，完成轉(zhuǎn)矩的輸出。
6、離合器的工作原理：離合器蓋與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪用螺栓緊固在一起,當(dāng)膜片彈簧被預(yù)加壓緊,離合器處于接合位置時(shí),由于膜片彈簧大端對(duì)壓盤的壓緊力,使得與從動(dòng)盤摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。
當(dāng)離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)(構(gòu)成離合器主動(dòng)部分),就通過(guò)摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)從動(dòng)盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動(dòng)以傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力.要分離離合器時(shí),將離合器踏板踏下,通過(guò)操縱機(jī)構(gòu),使分離軸承總成前移推動(dòng)膜片彈簧分離指,使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開(kāi)壓盤，壓盤在傳動(dòng)片的彈力作用下離開(kāi)離合片，是從動(dòng)盤總成處于分離位置，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞[3]。
2.3膜片彈簧離合器的特性
本設(shè)計(jì)采用膜片彈簧離合器，在離合器設(shè)計(jì)中采用膜片彈簧離合器有很多優(yōu)點(diǎn)：
（1）膜片彈簧本身起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使零件數(shù)目減少，重量減輕；
（2）其次，離合器的機(jī)構(gòu)大大簡(jiǎn)化并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸；
（3）膜片彈簧具有良好的線性特性，設(shè)計(jì)合適，可使摩擦片磨損到極限，壓緊力仍能維持很少改變，切可減輕離合器踏板力，使操縱輕便。
（4）膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器的旋轉(zhuǎn)軸線是完全對(duì)稱的，因此它的壓緊力不會(huì)受離心力的影響，很適合高速旋轉(zhuǎn)。
膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的彈性形變特性和螺旋彈簧的不一樣，它是一種非線性的彈簧。其特性和碟簧的原始內(nèi)截錐高度H及彈簧片厚度h之比有關(guān)，不同的值可以得到不同的彈性變形特性。一般分成下列四種情況。
1、
如圖2.1中＜的曲線，載荷P增加時(shí)。變形λ總是不斷增加。這種彈簧的剛度很大，可以承受很大的載荷，適合作為緩沖裝置中的形成限制彈簧。
圖2.1 H/h對(duì)膜片彈簧彈性特性的影響
2、
如圖2.1中=的曲線，彈簧的特性曲線在中間有一段很平直，變形增加時(shí)載荷P幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。
3、
如圖2.1中＜＜的曲線，彈簧的特性曲線中有一段負(fù)剛度區(qū)域，既當(dāng)變形增加時(shí)，載荷反而減小。具有這種特性的膜片彈簧很有適用于作為離合器的壓緊彈簧。因?yàn)榭衫闷湄?fù)剛度區(qū)，達(dá)到分離離合器時(shí)載荷下降、操縱省力的目的。當(dāng)然，負(fù)荷剛度過(guò)大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動(dòng)造成彈簧壓緊力變化過(guò)大。本設(shè)計(jì)選取了此種情況。
4、
如圖2.1中＞的曲線，這種彈簧的特性曲線中具有更大的負(fù)剛度不穩(wěn)定工況區(qū)，而且具有載荷為負(fù)值的區(qū)域（特性曲線穿過(guò)了橫坐標(biāo)，圖中未示出）。這種彈簧適合于汽車液力傳動(dòng)中的鎖止機(jī)構(gòu)[4]。
2.4離合器的設(shè)計(jì)原則
離合器的主要功用是切斷和實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳動(dòng)系的動(dòng)力傳遞，保證汽車起步時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系平順地接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時(shí)將發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系分離，減少變速器中換擋齒輪之間的沖擊；在工作中受到較大的動(dòng)載荷時(shí)，能限制傳動(dòng)系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動(dòng)系各零部件因過(guò)載而損壞；有效地降低傳動(dòng)系中的振動(dòng)和噪聲。
為了保證離合器具有良好的工作性能，設(shè)計(jì)離合器應(yīng)滿足如下基本要求：
（1）在任何行使條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲(chǔ)備，又能防止傳動(dòng)系過(guò)載。
（2）接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證汽車起步時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。
（3）分離時(shí)要迅速、徹底。
（4）從動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換擋時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換擋和減小同步器的磨損。
（5）應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)散熱效果，以保證工作溫度不致過(guò)高，延長(zhǎng)其使用壽命。
（6）應(yīng)能避免和衰減傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并具有吸收振動(dòng)、緩和沖擊和降低噪聲的能力。
（7）操縱輕便、準(zhǔn)確，以減輕駕駛員的疲勞。
（8）作用在從動(dòng)盤上的總壓力和摩擦材料的摩擦因數(shù)在離合器工作工程中變化要盡可能小，以保證有穩(wěn)定的工作性能。
（9）具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，以保證其工作可靠、使用壽命長(zhǎng)。
（10）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量小，制造工藝性好，拆裝、維修、調(diào)整方便等。
所謂使用可靠，指的是離合器機(jī)構(gòu)或零部件在預(yù)定期內(nèi)一直能正常工作。這意味著在使用中要注意保養(yǎng)，其耗費(fèi)的勞動(dòng)量也要盡量小。這就取決于制造和裝配質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用狀況。很多情況下，離合器不能可靠工作就是和不完善的技術(shù)保養(yǎng)—零部件缺少必要的潤(rùn)滑和調(diào)整有關(guān)[5]。
2.5本章小結(jié)
本章著重介紹了離合器的類型分析，膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)和工作原理，H/h對(duì)膜片彈簧彈性特性的影響以及離合器的設(shè)計(jì)原則，并分析了本文所選類型的特性。通過(guò)本章節(jié)可以清楚的了解離合器的工作原理和結(jié)構(gòu)，為后面的設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)。
第3章 膜片彈簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1離合器主要參數(shù)的選擇
3.1.1后備系數(shù)
后備系數(shù)β是離合器設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的參數(shù)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)該考慮摩擦片在使用中磨損后離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、防止離合器滑磨時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、防止傳動(dòng)系過(guò)載及操縱輕便等因素。小轎車：β=1.2～1.3；載貨車：β=1.7～2.25，本次設(shè)計(jì)選取β=2.0。
3.1.2單位壓力
單位壓力 P0決定了摩擦表面的耐磨性，對(duì)離合器的使用壽命有很大的壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素，對(duì)于離合器使用頻繁、發(fā)動(dòng)機(jī)后備系數(shù)較小、載質(zhì)量大或經(jīng)常在壞路面上行駛的汽車P0應(yīng)取小一些；當(dāng)摩擦片外徑較大時(shí)，為了降低摩擦外緣處的熱負(fù)荷，P0應(yīng)取大一些；后備系數(shù)較大時(shí)，可適當(dāng)增加P0。本設(shè)計(jì)摩擦片材料選取粉末冶金材料。
P0的范圍為0.35～0.5 MPa，本次設(shè)計(jì)選取P0=0.42 MPa。
3.1.3摩擦片的主要尺寸
本設(shè)計(jì)是以CA1091中型載貨汽車為參考而進(jìn)行設(shè)計(jì)的，CA1091有關(guān)參數(shù)如下所示：最大總質(zhì)量9545kg；發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩Temax=373N.m；最高車速 90km/h；CA6102發(fā)動(dòng)機(jī)的最大功率Pemax=99KW；發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速3000r/min；變速器主減速比i0=5.77；傳動(dòng)比ig=7.640。摩擦片的主要尺寸有外徑D、內(nèi)徑d、厚度b。
(1) 摩擦片外徑D，可根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率選取
（3.1）
式中，一般載貨汽車A=36（單片），本次設(shè)計(jì)取=325。
(2) 內(nèi)徑，在0.53～0.70范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)選取=0.585。代入數(shù)值d=190。
(3) 摩擦片厚b主要有3.2、3.5、4.0三種尺寸，取值范圍見(jiàn)表3.1，本次設(shè)計(jì)取b=3.5。
表3.1 干式離合器摩擦片尺寸系列（mm）
外徑D2
內(nèi)徑D1
厚度b
外徑D2
內(nèi)徑D1
厚度b
160
110
3.2
300
175
3.5
180
125
3.5
325
190
3.5
200
140
3.5
350
195（190）
4.0
225（220）
150
3.5
380
205
4.0
250（254）
155（150）
3.5
405
220
4.0
280
165（180）
3.5
430
230
4.0
3.1.4摩擦因素、摩擦片數(shù)、離合器間隙的選取
摩擦片的摩擦因素f取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金屬陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因素f受工作溫度、單位壓力和滑磨速度影響較大，并且它的粉塵對(duì)環(huán)境有污染，而粉末冶金材料和金屬陶瓷材料的摩擦因素f較大且穩(wěn)定。本設(shè)考慮到經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性選取了粉末冶金材料的摩擦片。摩擦因素f=0.35～0.50 ，取f=0.4。
摩擦面數(shù)z為離合器從動(dòng)盤數(shù)目的兩倍，本設(shè)計(jì)為單盤故摩擦面數(shù)z=2。
離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過(guò)程中仍能完全接合，在分離軸承和分離桿內(nèi)斷之間留有的間隙。一般為3～4 mm， 取Δt=4mm。
3.2膜片彈簧基本參數(shù)的選擇
膜片彈簧尺寸計(jì)算可參考圖3.1中所示去設(shè)計(jì)計(jì)算。
圖3.1 膜片彈簧的尺寸簡(jiǎn)圖
3.2.1內(nèi)截錐高度和厚度的確定
內(nèi)截錐高度H和厚度h如圖3.2所示，為保證離合器壓緊力變化不大，操縱輕便，一般為1.5～2.0之間，厚度h為2～4之間，選取h=3.0。由上述分析得比值為2.0故H=5.6。
圖3.2 膜片彈簧內(nèi)截錐示意圖
3.2.2大端外徑和小端外徑的選擇
比值對(duì)彈簧的載荷及應(yīng)力特性都有影響。從材料利用率的角度，比值在1.8～2.0時(shí)，碟形彈簧儲(chǔ)存彈性的能力為最大，就是說(shuō)彈簧重量的利用率好。因此在設(shè)計(jì)用來(lái)緩和沖擊、吸收振動(dòng)等需要儲(chǔ)存大量彈性能的碟簧時(shí)選用。對(duì)于汽車離合器膜片彈簧，設(shè)計(jì)上并不要求儲(chǔ)存大量的彈性能，而是根據(jù)結(jié)構(gòu)布置與分離力的需要來(lái)決定，一般取值為1.2～1.3。
對(duì)于R，膜片彈簧大端外徑R應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)上的要求而和摩擦片的外徑尺寸相適應(yīng)，大于摩擦片內(nèi)徑，近于摩擦片外徑。此外，當(dāng)H，h及等不變時(shí)，增加R將有利于膜片彈簧應(yīng)力的下降。
結(jié)合同類車型，取R=135，取=1.25，故r=108。
3.2.3自由狀態(tài)下圓錐底角的選擇
膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐底角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切。
（3.3）
式中，—內(nèi)截錐高度；
—膜片彈簧厚度。
代入數(shù)值得=12.445，本次設(shè)計(jì)取=13。
3.2.4分離指數(shù)的選擇
分立指數(shù)目n通常取為18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸膜片彈簧可取12。本次設(shè)計(jì)選取n=18
3.2.5膜片彈簧的小端內(nèi)徑及分離軸承作用半徑的確定
由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值大于變速器第一軸花鍵外徑。第一軸花鍵外徑為：
（3.4）
式中，—經(jīng)驗(yàn)系數(shù)為4.0～4.6，本次設(shè)計(jì)選取K=4.0；
—發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
代入數(shù)值得=28.8 ，本次設(shè)計(jì)選取=30 ，應(yīng)大于，選取= 44。
3.2.6切槽寬度及分離半徑的確定
切槽寬度的范圍為3.2～3.5，本次設(shè)計(jì)選取=3.5。窗孔槽寬=9～10，本設(shè)計(jì)選取=10。窗孔的內(nèi)半徑的取值應(yīng)滿足。本次設(shè)計(jì)選取=12。
3.2.7壓盤加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑
壓盤的加載點(diǎn)半徑和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑影響膜片彈簧的剛度。應(yīng)略大于且接近，應(yīng)略小于且接近。本次設(shè)計(jì)選取=110，=130。
3.3膜片彈簧的校核
3.3.1外徑的校核
摩擦片外徑的選取應(yīng)使最大圓周速度不超過(guò)65～70m/s。
65～70 （3.5）
式中，—發(fā)動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速；
—摩擦片最大圓周速度。
代入數(shù)值得=57.8，故認(rèn)為摩擦片外徑選取合適。
3.3.2滑磨功的校核
為了減少汽車起步過(guò)程中離合器的滑磨，防止摩擦表面溫度過(guò)高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其許用值。
（3.6）
式中，—單位摩擦面積滑磨功；
—許用值，本次設(shè)計(jì)車型=0.33J/mm2；
—汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功；
總滑磨功可根據(jù)下式計(jì)算：
=77387.3 （3.7）
式中，—為輪胎的滾動(dòng)半徑；
—汽車總質(zhì)量，=9545kg；
—汽車起步時(shí)所用變速器擋位傳動(dòng)比，=7.640；
—主減速器傳動(dòng)比，=5.77；
—發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，=3000 r/min；
車論的滾動(dòng)半徑為
=364.3 （3.8）
式中，—計(jì)算常數(shù)，子午線胎=3.05 ；
—車輪半徑，本設(shè)計(jì)中=750 mm；
綜上所述并代入數(shù)值，得=77387.3J，=0.158J/mm2。所以。 故認(rèn)為該離合器單位面積滑磨功符合要求。
3.3.3膜片彈簧的強(qiáng)度校核
由上述分析可知=5.6，=3.5，=135，=108，=130，=110，=40，=18，=55。根據(jù)圖2.2膜片彈簧特性曲線圖，設(shè)
（3.9）
（3.10）
式中，—工作壓力；
—彈性模數(shù)，鋼材取=2.0×105；
— 泊松比，鋼材取=0.3；
—碟簧部分內(nèi)截錐高；
—大端變形；
整理上面兩式得： （3.11）
把有關(guān)數(shù)值代入上式，得=3015 （3.12）
=3.5 （3.13）
=0.485- 0.42+ 0.102 （3.14） ⑴ 確定彈簧工作點(diǎn)的位置
取離合器接合時(shí)大端變形量=0.65，H=5.6由式（3.11）、（3.12）算得膜片彈簧壓緊力：
=5304
校核后備系數(shù)：
= （3.15）
式中，=131.7，=2。
把數(shù)值帶入上式，得=1.25，符合1.2～1.75之間。離合器剛開(kāi)始分離時(shí)，大端的變形量為
（3.16）
式中，=，為壓盤升程
= （3.17）
式中，，每對(duì)摩擦片間隙=0.8 ，代入數(shù)值，得=1.6，=5.8。摩擦片磨損后，最大磨損量
（3.18）
其中在0.65～1.1之間，本設(shè)計(jì)取=1.05，代入數(shù)值得=2.1。故
=4.2-2.1=2.1
⑵ 求離合器徹底分離時(shí)分離軸承的載荷
膜片彈簧小斷分離軸承處有分離軸承力與膜片彈簧壓盤接觸處的變形和的關(guān)系式：
（3.19）
取=5.8，代入數(shù)值得=660.7。
⑶ 求分離軸承行程
軸向變形和小端分離軸承的軸向變形的關(guān)系式
（3.20）
取=1.6 則
代入數(shù)值，得=8.32。寬度系數(shù)，為
（3.21）
（3.22）
代入數(shù)值=0.83，=0.73。彎曲附加變形由分離指受力引起
（3.23）
代入有關(guān)數(shù)值，得=1.2，故
=9.52
⑷ 強(qiáng)度校核
膜片彈簧大端的最大變形量為離合器徹底分離時(shí)的變形量：
（3.24）
把有關(guān)數(shù)值代入上式，得=1207，通常強(qiáng)度不大于1500～1700，故認(rèn)為強(qiáng)度條件適合。
3.4本章小結(jié)
本章對(duì)離合器主要參數(shù)（后備系數(shù)、單位壓力和摩擦片的主要尺寸）進(jìn)行了選擇，主要計(jì)算了膜片彈簧離合器的主要參數(shù)，和對(duì)膜片彈簧尺寸的合理選擇，并且對(duì)膜片彈簧進(jìn)行了詳細(xì)認(rèn)真的校核，使其能更好的與實(shí)際相結(jié)合。
第4章 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)計(jì)算
汽車傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)減振器，按其所在位置可分為兩類：一類裝在從動(dòng)盤總成中，另一類裝在飛輪處。兩者都和離合器的結(jié)構(gòu)有關(guān)。本設(shè)計(jì)采用第一類。
汽車行駛中，傳動(dòng)系傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于內(nèi)燃機(jī)工作不均衡，轉(zhuǎn)矩周期性地變化會(huì)引起傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。如果傳動(dòng)系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振，將會(huì)使傳動(dòng)系零件的應(yīng)力成倍增加，而這種應(yīng)力具有交變的性質(zhì)，會(huì)使傳動(dòng)系零件的疲勞壽命大大下降。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)還是引起齒輪噪聲的重要原因，尤引人注目。
4.1 扭轉(zhuǎn)減振器的特性及主要參數(shù)的選取
圖4.1為離合器扭轉(zhuǎn)減振器特性曲線圖例。圖中反映了扭轉(zhuǎn)減振器特性的一些參數(shù)，其中斜線表示扭轉(zhuǎn)力矩Td，朝上方共有4段斜線，表示有4級(jí)剛度；垂直線表示從一級(jí)進(jìn)入另一級(jí)需要克服的預(yù)緊力矩TN；兩斜線間的間隔反映了減振器工作時(shí)的摩擦；離合器減振器特性曲線在水平坐標(biāo)上的距離表示離合器從動(dòng)盤轂花鍵中的間隙
圖4.1扭轉(zhuǎn)減振器特性曲線示例
4.1.1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 （4.1）
式中，為極限轉(zhuǎn)矩；按下式計(jì)算
=（1.5～2.0） （4.2）
式中，2.0適用乘用車，1.5適用商用車，本設(shè)計(jì)為商用車，選取1.5，為發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，代入數(shù)值得=559.5，Ca ≤ 7273.5本設(shè)計(jì)初選Ca=7000N·m/rad。
4.1.2減振器摩擦力矩
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） （4.3）
取=0.11，本設(shè)計(jì)按其選取=41.03。
4.1.3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=（0.05～0.15）=37.3
4.1.4減振彈簧的分布半徑
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 =（0.60～0.75）d/2 （4.4）
其中d為摩擦片內(nèi)徑，代入數(shù)值，得R1 =66。
4.1.5減振彈簧數(shù)目
可參考表4.1選取，本設(shè)計(jì)D=325，故選取Z=6。
表4.1減振彈簧的選取
離合器摩擦片外徑
減振彈簧數(shù)目Z
225～250
4～6
250～325
6～8
325～355
8～10
>350
10以上
4.1.6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。
= （4.5）
式中，的計(jì)算應(yīng)按Tj的大者來(lái)進(jìn)行=5650N
每個(gè)彈簧工作壓力
（4.6）
=706N
4.2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(lái)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：
（4.7）
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=3.398，符合上述要求。
減振彈簧剛度 （4.8）
=200.9N/mm
減振彈簧的有效圈數(shù) = （4.9）
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=3.984。
減振彈簧的總?cè)?shù)=5.98。
減振彈簧在最大工作壓力P時(shí)最小長(zhǎng)度 （4.10）
=22.37
式中，=0.337為彈簧圈之間的間隙。
減振彈簧的總變形量 （4.11）
=3.51
減振彈簧的自由高度 （4.12）
=25.88
減振彈簧的預(yù)變形量 （4.13）
=0.35
減振彈簧安裝后的工作高度 =25.53
4.3從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的最大轉(zhuǎn)角
最大轉(zhuǎn)角和減振彈簧的工作變形量（=）
（4.14）
=3.04
4.4限位銷與從動(dòng)盤缺口側(cè)邊的間隙
（4.15）
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。
4.5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=12。
4.6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3.2所示。
圖3.2 從動(dòng)盤窗口尺寸簡(jiǎn)圖
一般推薦A1-A = a =1.4～1.6mm。這樣，當(dāng)?shù)孛鎮(zhèn)鱽?lái)沖擊時(shí)，開(kāi)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 =26.5mm，A1 =28mm。
4.7本章小結(jié)
本章介紹了扭轉(zhuǎn)減振器的特性以及扭轉(zhuǎn)減振器的參數(shù)選取，對(duì)減振彈簧的尺寸進(jìn)行了確定，還對(duì)從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤轂的最大轉(zhuǎn)角、限位銷與從動(dòng)盤缺口側(cè)邊的間隙、限位銷直徑、從動(dòng)盤轂缺口寬度及安裝窗口尺寸進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，并且列出了必要的公式。
第5章 離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
汽車離合器操縱機(jī)構(gòu)是駕駛員用來(lái)離合器分離使之柔和接合的一套機(jī)構(gòu)。它始于離合器殼體內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機(jī)構(gòu)首先要求操作輕便。輕便包括兩個(gè)方面，一是加在離合器踏板上的力不應(yīng)該過(guò)大，另一方面是應(yīng)該有踏板形成的校核機(jī)構(gòu)。離合器操縱機(jī)構(gòu)按分離時(shí)所需的能源不同可分為機(jī)械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力液壓式等等。本設(shè)計(jì)選取操縱形式為液力操縱式。在眾多的操縱機(jī)構(gòu)中，氣壓助力液壓式操縱機(jī)構(gòu)具有操縱輕便，布置簡(jiǎn)單而被中重型汽車廣泛采用。
液壓式傳動(dòng)操縱的工作原理簡(jiǎn)單：踩下踏板，由主缸產(chǎn)生的油壓經(jīng)管路傳輸至分缸，由分缸中的推桿推動(dòng)分離叉使離合器分離。
離合器操縱系統(tǒng)功能是，把駕駛員對(duì)離合器的踏板的輸入變成分離軸承上的輸出，來(lái)控制離合器的接合和分離，從而完成對(duì)汽車傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力切斷或傳遞。因此，離合器踏板的布置位置、相關(guān)尺寸、作用力以及行程大小都要符合人體工程學(xué)的要求。綜合起來(lái)，設(shè)計(jì)離合器操縱系統(tǒng)需要考慮如下一些因素：
（1） 操縱系統(tǒng)的輸出對(duì)輸入的放大比率；
（2） 周邊工作環(huán)境對(duì)系統(tǒng)的影響；
（3） 時(shí)間因素對(duì)系統(tǒng)性能的綜合影響。
5.1離合器的踏板位置、行程、和踏板力
5.1.1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)和左腳保持處在一條直線上最為舒適，為此，離合器踏板在車內(nèi)的位置就要更偏左，它給車內(nèi)左側(cè)留下的橫向剩余空間要小一些。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，即靠向人體中間部位。具體布置應(yīng)該以人體左右對(duì)稱為準(zhǔn)向左偏移80～100mm，作為離合器踏板中心線的位置。
5.1.2踏板行程
踏板行程是指從踏板最高點(diǎn)至其最低點(diǎn)所劃過(guò)的距離。踏板最佳行程受許多因素影響，其中要考慮人群應(yīng)從5%分位的女性到95%分位的男性。從有關(guān)方面獲得的人體工程學(xué)資料為：踏板最大行程應(yīng)小于175mm。
5.1.3踏板力
對(duì)于一定的離合器總成，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，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離合器操縱的輕便性。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于轎車和輕型卡車，其踏板力Pt可?。?
較輕的踏板力：Pt ≤100N
較重的踏板力：Pt ≥130N
離合器踏板位置高度及其形成對(duì)踏板力的影響也要考慮，因踏板離地板高且行程大的車輛，操作離合器時(shí)，腳要完全離開(kāi)地板，大腿要抬離坐椅。這種情況下踏板就要就要能支持腳和腿的重量，輕的踏板力就會(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(méi)有支撐，輕的踏板力反而使離合器的控制變得更為困難，若有較大的踏板力可以部分支撐腳和腿的重量，就能更安全、舒適地操作。
若離合器踏板離地較近且行程短，操縱時(shí)腳跟可不離開(kāi)地板，腳完全依靠在坐椅上，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)?，操縱也很舒適。
5.2操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比計(jì)算
在設(shè)計(jì)操縱系統(tǒng)時(shí)，為滿足前述對(duì)踏板力和踏板行程的要求，需要根據(jù)具體離合器的分離裝置的傳動(dòng)比，最終合理地確定出操縱系統(tǒng)的傳動(dòng)比。
離合器踏板行程Sn與壓盤升程Δs有下列關(guān)系：
（5.1）
式中，—分離軸承與分離杠桿之間的間隙，S0=2～4mm，取S0=4；
—摩擦片與壓盤、飛輪間的間隙 ，Δs=0.75～1.3，取Δs=1.2；
—摩擦面數(shù)，本設(shè)計(jì)為單盤離合器，所以Zc=2；
—考慮傳動(dòng)比中由于變形等原因造成的行程損失，η小于1。
初選：踏板驅(qū)動(dòng)臂C1=75，踏板臂長(zhǎng)C2=320，主缸推桿直徑d0=8，主缸缸徑d1=16，工作缸缸徑d2=22，分離叉驅(qū)動(dòng)臂長(zhǎng)b1=70，分離叉臂長(zhǎng)b2=80。
踏板傳動(dòng)比 （5.2）
=4.25
分離撥叉?zhèn)鲃?dòng)比 （5.3）
=0.875
液力傳動(dòng)比 （5.4）
=2.19
總傳動(dòng)比 （5.5）
=48.9
有效行程 （5.6）
=117.36
空行程 （5.7）
=32.6
踏板總行程 =149.96
踏板行程推薦在150～170mm之間，原則上是在滿足徹底分離及踏板力允許情況下，其踏板總行程越小越好，故認(rèn)為本設(shè)計(jì)符合要求。
5.3主缸和工作缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.3.1主缸的工作原理及計(jì)算
（1）主缸的工作原理
離合器的主缸的油缸和儲(chǔ)油室在結(jié)構(gòu)上做成一體（如圖5.1所示），主缸有
圖5.1 離合器工作缸結(jié)構(gòu)圖
1—通氣孔；2—螺塞；3—擋板；4—蓋；5—螺釘；6—儲(chǔ)油室；7—總泵推桿；8—防護(hù)罩；
9—端蓋；10—密封圈；11—活塞；12—彈性墊片13—皮碗；14—復(fù)位彈簧；15—管接頭
補(bǔ)償孔和進(jìn)油孔與儲(chǔ)油室相通，主缸的油缸內(nèi)裝有鋁合金活塞?；钊胁枯^細(xì)，使活塞右方形成環(huán)行油室。皮碗位于補(bǔ)償孔和進(jìn)油孔之間。兩孔同時(shí)開(kāi)放，離合器處于接合狀態(tài)。分離離合器時(shí)，踩下踏板，通過(guò)推桿使油缸活塞向左移，當(dāng)皮碗將補(bǔ)償孔關(guān)閉后，油管中的油壓開(kāi)始上升，油液進(jìn)入管路流進(jìn)分缸。當(dāng)迅速放松離合器踏板時(shí)，復(fù)位彈簧使油缸活塞較快地向右移動(dòng)，而油液在管路中流動(dòng)有一定阻力，所以流動(dòng)緩慢，這樣就有可能在活塞左邊形成一定的真空度，在活塞兩腔壓力差的作用下，少量的油液推開(kāi)單向閥，經(jīng)皮碗的間隙流到左腔以彌補(bǔ)真空，同時(shí)油液由儲(chǔ)液室經(jīng)進(jìn)油孔補(bǔ)充到右腔中去。當(dāng)原先由主缸壓到分缸中去的油液重新回到主缸時(shí)，由于已有少量的油液經(jīng)單象閥流到主缸左腔，故總流量多了，這多余的油即從補(bǔ)償孔A流回儲(chǔ)液室。
（2）主缸結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算
初選內(nèi)徑D=16，管路壓強(qiáng)P=3.5?；钊麠U直徑=8，取標(biāo)準(zhǔn)值d=8mm，活塞寬度=9.6。
計(jì)算強(qiáng)度時(shí)，先確定
（5.8）
代入數(shù)值，得=703。
活塞強(qiáng)度計(jì)算
（5.9）
式中，=400MP為材料的許用拉力，代入數(shù)值，得=14MP。，強(qiáng)度合適。
5.3.2分缸的工作原理及計(jì)算
（1）分缸的工作原理和結(jié)構(gòu)
離合器分缸的功能是接受主缸輸送過(guò)來(lái)的液流及油壓，直接或間接地推動(dòng)分離軸承，使離合器分離。分缸一般裝在飛輪殼外（見(jiàn)圖5.2）。此種布置形式的分缸將通過(guò)分離推桿間接推動(dòng)分離軸承移動(dòng)。分缸中活塞的左右極限位置分別由限位塊和擋環(huán)限制。為了放出滲入管路中的空氣，在分缸中裝有放氣螺釘。分離差推桿的長(zhǎng)度可以調(diào)整，以保證離合器分離桿之間有合適的間隙。特別是當(dāng)摩擦片磨損后，要隨時(shí)注意調(diào)整，以免因壓盤壓緊力不夠造成的從動(dòng)盤打滑燒損。
圖5.2 離合器分缸
1—放氣螺栓；2—分缸殼；3—擋環(huán)；4—活塞限位塊；5—進(jìn)油管接頭
（2）分缸結(jié)構(gòu)尺寸的計(jì)算
初選定內(nèi)徑D=25，外徑D1=29，活塞直徑=12.5，取標(biāo)準(zhǔn)值d=15，活塞厚度=15。
強(qiáng)度校核時(shí)，參考公式（5.8），得=3.5N/mm2。
活塞桿理論推力
（5.10）
代入數(shù)值，得=1717。
拉力
（5.11）
代入數(shù)值，得=1099。
活塞桿強(qiáng)度計(jì)算
（5.12）
代入數(shù)值，得=9.7MP ≤。故認(rèn)為本設(shè)計(jì)強(qiáng)度合適。
5.4本章小結(jié)
離合器的操縱機(jī)構(gòu)在本章中進(jìn)行了選取，選取了液壓式傳動(dòng)。系統(tǒng)的介紹了操縱機(jī)構(gòu)的工作原理。并且介紹了主缸和工作缸的結(jié)構(gòu)組成，進(jìn)行了基本尺寸、強(qiáng)度的計(jì)算，危險(xiǎn)截面的校核等一系列工作。
第6章 離合器其它零件的設(shè)計(jì)及計(jì)算
6.1從動(dòng)盤轂花鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是經(jīng)從動(dòng)盤轂的花鍵孔輸出，變速器第1軸花鍵就插在該花鍵孔內(nèi)。從動(dòng)盤轂和變速器第1軸的結(jié)合方式，現(xiàn)今都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，結(jié)構(gòu)形狀如圖6.1所示?；ㄦI之間為動(dòng)配合，這樣在離合器分離和接合過(guò)程中，從動(dòng)盤轂就能在花鍵軸上自由滑動(dòng)。
圖6.1 從動(dòng)盤轂花鍵
從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來(lái)的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對(duì)中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，尺寸根據(jù)摩擦片外徑選取。
本設(shè)計(jì)選取內(nèi)徑1=32，外徑D1=40，齒數(shù)=10，齒厚t=5，有效齒長(zhǎng)=45。
（1） 計(jì)算擠壓應(yīng)力
計(jì)算擠壓應(yīng)力可參考
（6.1）
式中，為花鍵的齒側(cè)應(yīng)力，為單盤，=1
（6.2）
=20.72×N
花鍵的高度
（6.3）
=4
代入數(shù)值，得=1.15×104，≤ 2×105N/m2，
（2） 花鍵的剪切應(yīng)力的計(jì)算
花鍵剪切應(yīng)力可參考
（6.4）
式中，為作用在從動(dòng)盤上的圓周力
（6.5）
=2072N
代如有關(guān)數(shù)值，得 =0.92N/mm2，剪切應(yīng)力低，故認(rèn)為花鍵抗剪切能力足夠強(qiáng)。
6.2 壓盤的設(shè)計(jì)計(jì)算
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)，所以它必須和飛輪有一定聯(lián)系，但這種聯(lián)系又允許壓盤在離合器分離過(guò)程中能自地做軸向移動(dòng)，使壓盤和從動(dòng)盤脫離接觸。壓盤和飛輪見(jiàn)常見(jiàn)的連接方式有凸臺(tái)式、鍵式、銷式。本設(shè)計(jì)選用的是凸臺(tái)式連接。
離合器在接合的過(guò)程中，由于滑磨功的存在，每接合一次的過(guò)程中都要產(chǎn)生大量的熱，而每次接合的時(shí)間又短，因此熱量根本來(lái)不及全部傳到周圍空氣中去，必然導(dǎo)致摩擦副的溫升在使用頻繁和艱難條件下工作的離合器，這種溫升就更為嚴(yán)重，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的燒損。
由于摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過(guò)程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤吸收，為了每次接合時(shí)的溫升不致過(guò)高，故要求壓盤具有足夠的質(zhì)量來(lái)吸收熱量。
壓盤的厚度一般為15～25mm 之間，初選壓盤厚為25mm。壓盤的外徑略大于摩擦片外徑D，取壓盤外徑為330mm，內(nèi)徑略小于摩擦片內(nèi)徑，取壓盤內(nèi)徑為180mm.
(1)校核壓盤的厚度
根據(jù)離合器一次接合的溫升來(lái)校核
（6.6）
式中，—分配到壓盤上的滑磨功所占的比例，單片離合器壓盤選取0.5；
—壓盤的比熱容，對(duì)鑄鐵壓盤c=544.28J/(kg.K)；
—為滑磨功，=77387；
質(zhì)量
=11.86kg （6.7）
代入數(shù)值，得=5.99℃。校核離合器接合一次時(shí)的溫升，它小于規(guī)定值8～10℃。所以壓盤的厚度選擇合適。
(2)壓盤的傳動(dòng)形式設(shè)計(jì)
壓盤的出動(dòng)形式有，凸塊窗孔式、傳力銷式、彈性傳動(dòng)片式，本設(shè)計(jì)選定彈性傳動(dòng)片式，初定離合器壓盤傳力片的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：共設(shè)3組傳力片（i=3），每組4片（n=4），傳力片的幾何尺寸為：寬b=25mm，厚h=1mm，傳力片上兩孔間的距離l=86mm，孔的直徑d=10mm，傳力片切向布置，圓周半徑R=178mm，傳力片材料的彈性模量Mpa。其強(qiáng)度校核如下。
傳力片的有效長(zhǎng)度：
＝－1.5d＝86－1.5×10＝71mm （6.8）
傳力片的彎曲總剛度：
（6.9）
代入數(shù)值=0.17MN/m
根據(jù)上述分析，計(jì)算以下3種工況的最大驅(qū)動(dòng)應(yīng)力及傳力片的最小分離力：
① 徹底分離時(shí)，按設(shè)計(jì)要求f=0，由式
（6.10）
或式
（6.11）
得。
②壓盤和離合器蓋組裝成蓋總成時(shí)，，通過(guò)分析計(jì)算可知，可用式
（6.12）
計(jì)算最大應(yīng)力。
913Mpa
離合器傳扭時(shí)，分正向驅(qū)動(dòng)與反向驅(qū)動(dòng)，出現(xiàn)在離合器摩擦片磨損到極限狀況，通過(guò)尺寸鏈的計(jì)算可知=4.74mm。
正向驅(qū)動(dòng)
=－+=204.5Mpa
反向驅(qū)動(dòng)
=+－=923.5MPa
反向驅(qū)動(dòng)最危險(xiǎn)，由于在取計(jì)算載荷時(shí)比較保守，明顯偏大，因此，傳力片的許用應(yīng)力可取其屈服極限。鑒于上述傳力片的應(yīng)力狀況，應(yīng)選用80號(hào)鋼。
（3）傳力片