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山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 畢業(yè)設計說明書中文摘要 膜片彈簧離合器的設計 摘要 汽車離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在 飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員 可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷 或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。 膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉矩 容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越 來越重要。此設計說明書詳細的說明了輕型汽車膜片彈簧離合器的結構形式，參數(shù)選 擇以及計算過程。 本文主要是對輕型汽車的膜片式彈簧離合器進行設計。根據(jù)車輛使用條件和車輛 參數(shù)，按照離合器系統(tǒng)的設計步驟和要求，主要進行了以下工作：選擇相關設計參數(shù) 主要為：摩擦片外徑 的確定，離合器后備系數(shù) 的確定，單位壓力 的確定。并進D?p 行了各主從部分的設計主要為：摩擦片的設計，膜片彈簧的設計，操縱機構的設計， 扭轉減震器的設計，以及從動盤設計（從動盤轂的設計）設計等。 關鍵詞: 離合器 膜片彈簧 從動盤 壓盤 摩擦片 段振東：膜片彈簧離合器的設計 2 畢業(yè)設計說明書外文摘要 The design of diaphragm spring clutch Abstract Automobile Clutch is in the flywheel shell between the engine and gearbox, using screw to fix the clutch assembly in the back of the flywheel, clutch output shaft is the input shaft of the gearbox. When the auto is running, the driver may need to tread the pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporarily separate and progressively joint together, to cut off the engine or transmit the power input from transmission to the engine. In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that is widely adopted in vehicle and light vehicle. It has great capacity of torque and is more stable, easy to manipulate with well equilibrium. And it also can be produced in batch. So the research of the clutch is becoming more and more important. This design manual of the light vehicle theca spring clutch elaborates on the construction, choosing parameters and process of calculate. This paper is to design the single-car theca spring clutch. According to vehicle conditions and parameters, and in accordance with steps and 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 3 requirements of the clutch system, mainly focusing on following work：to select the main parameters, such as, the determination of friction-diameter D, the determination of clutch reserve factor, the pressure on the units identified P. And the thesis is to design the main and subtract parts, such as, the design of friction plate, the design of diaphragm spring, and the design of manipulating construction, the design of the reversible shock absorber, and the follower plate design (the hub-driven design),and so on. Keywords clutch diaphragm spring follower plate friction disc 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 目錄 緒論 ......................................................................1 1.1 概述 ................................................................1 1.2 設計任務書 ..........................................................1 1.3 功用 .................................................................2 1.4 離合器的工作原理 ....................................................3 1.5 膜片彈簧離合器的結構及其優(yōu)點 .........................................4 1.5.1 膜片彈簧離合器的結構 .............................................4 1.5.2 膜片彈簧離合器的優(yōu)點 .............................................5 1.6 方案選擇 .............................................................6 2 主要零部件的結構設計要求 ................................................6 2.1 摩擦片的設計要求 .....................................................6 2.2 膜片彈簧的設計 .......................................................7 2.3 壓盤的設計 ...........................................................7 2.4 從動盤的設計 .........................................................7 2.5 離合器蓋的設計 .......................................................7 3 設計計算說明書 ..........................................................8 3.1 離合器設計技術參數(shù) ...................................................8 3.2 離合器基本性能關系式 .................................................8 3.3 后備系數(shù)的選擇 .......................................................9 3.4 摩擦片外徑 D、內(nèi)徑 D和厚度 B ..........................................9 3.5 小結 ................................................................11 4 主動部分設計............................................................11 4.1 壓盤設計 ............................................................11 4.1.1 壓盤傳力方式的選擇..............................................11 4.1.2 壓盤的幾何尺寸的確定 ............................................11 段振東：膜片彈簧離合器的設計 2 4.2 離合器蓋的設計 ......................................................12 4.3 傳動片設計 ..........................................................13 4.4 小結 ................................................................14 5 從動部分設計............................................................14 5.1 摩擦片設計 ..........................................................14 5.2 從動盤轂的設計 ......................................................15 5.3 從動片設計 ..........................................................17 5.4 操縱機構 ............................................................17 5.4.1 離合器踏板行程計算 ..............................................18 5.4.2 踏板力的計算 ....................................................19 5.4.3 從動軸的計算 ....................................................20 5.4.4 分離軸承的壽命計算 ..............................................20 5.5 小結 ................................................................21 6 扭轉減振器設計 .........................................................21 6.1.扭轉減振器的功能 ...................................................21 6.2 扭轉減振器的結構類型的選擇 .........................................21 6.3 扭轉減振器參數(shù)的確定 ................................................22 6.4 減振彈簧的尺寸確定 ..................................................25 7 膜片彈簧設計............................................................26 7.1 膜片彈簧的概念 ......................................................26 7.2 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 ..............................................27 7.3 膜片彈簧的彈性特性 ..................................................28 7.4 膜片彈簧的強度計算 ..................................................31 7.5 小結 ................................................................33 8 標準化審核報告..........................................................33 8．1 產(chǎn)品圖樣的審核 .....................................................33 8．2 產(chǎn)品技術文件的審查 .................................................33 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 3 8.3 標準間的使用情況 ....................................................34 8.4 審查結論 ............................................................34 9 使用說明書 .............................................................34 10 謝辭...................................................................35 11 參考文獻...............................................................36 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 1 膜片彈簧離合器的設計 緒論 1.1 概述 對 于 內(nèi) 燃 機 汽 車 來 說 ， 離 合 器 在 機 械 傳 動 系 中 作 為 一 個 獨 立 的 總 成 而 存 在 ， 它 是 汽 車 傳 動 系 中 直 接 與 發(fā) 動 機 相 連 接 所 總 成 。 目 前 ， 各 種 汽 車 廣 泛 采 用 的 摩 擦 式 離 合 器 主 要 依 靠 主 、 從 動 部 分 之 間 的 摩 擦 來 傳 遞 動 力 且 能 分 離 的 裝 置 。 它 主 要 包 括 主 動 部 分 （ 發(fā) 動 機 飛 輪 、 離 合 器 蓋 和 壓 盤 ） 、 從 動 部 分 （ 從 動 盤 ） 、 壓 緊 機 構 （ 壓 緊 彈 簧 ） 和 操 縱 機 構 （ 分 離 叉 、 分 離 軸 承 、 離 合 器 踏 板 及 傳 動 部 件 等 ） 等 四 部 分 組 成 。 主 、 從 動 部 分 和 壓 緊 機 構 是 保 證 離 合 器 處 于 接 合 狀 態(tài) 并 能 傳 遞 動 力 的 基 本 結 構 ， 操 縱 機 構 是 使 離 合 器 主 、 從 動 部 分 分 離 的 裝 置 。 在 早 期 研 發(fā) 的 離 合 器 中 ， 錐 形 離 合 器 最 為 成 功 。 近 來 ， 人 們 對 離 合 器 的 要 求 越 來 越 高 ， 傳 統(tǒng) 的 推 式 膜 片 彈 簧 離 合 器 結 構 正 逐 步 地 向 拉 式 膜 片 彈 簧 離 合 器 結 構 發(fā) 展 ， 傳 統(tǒng) 的 操 縱 形 式 的 操 縱 形 式 正 向 自 動 操 縱 的 形 式 發(fā) 展 。 因 此 ， 提 高 離 合 器 的 可 靠 性 和 延 長 其 使 用 壽 命 ， 適 應 發(fā) 動 機 的 高 轉 速 ， 增 加 離 合 器 傳 遞 轉 矩 的 能 力 和 簡 化 操 縱 ， 已 成 為 離 合 器 的 發(fā) 展 趨 勢 。 隨 著 汽 車 發(fā) 動 機 轉 速 、 功 率 不 斷 提 高 和 汽 車 電 子 技 術 的 高 速 發(fā) 展 ， 人 們 對 離 合 器 的 要 求 越 來 越 高 。 從 提 高 離 合 器 工 作 性 能 的 角 度 出 發(fā) ， 傳 統(tǒng) 的 推 式 膜 片 彈 簧 離 合 器 結 構 正 逐 步 地 向 拉 式 膜 片 彈 簧 離 合 器 結 構 發(fā) 展 ， 傳 統(tǒng) 的 操 縱 形 式 正 向 自 動 操 縱 的 形 式 發(fā) 展 。 1.2 設計任務書 離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內(nèi)，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的 后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù) 需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞 發(fā)動機向變速器輸入的動力。 能按工作需要隨時將主動軸與從動軸接合或分離的機 械零件?？捎脕聿倏v機器傳動系統(tǒng)的起動、停止、變速及換向等。在設計過程中應滿 足以下要求： 段振東：膜片彈簧離合器的設計 2 （1）能在任何行駛情況下，可靠地傳遞發(fā)動機的最大扭矩。為此，離合器的摩擦 力矩（ ）應大于發(fā)動機最大扭矩（ ） ；cTmaxeT （2）接合平順、柔和。即要求離合器所傳遞的扭矩能緩和地增加，以免汽車起步 沖撞或抖動； （3）分離迅速、徹底。換檔時若離合器分離不徹底，則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部 份傳入變速器，會使換檔困難，引起齒輪的沖擊響聲； （4）從動盤的轉動慣量小。離合器分離時，和變速器主動齒輪相連接的質(zhì)量就只 有離合器的從動盤。減小從動盤的轉動慣量，換檔時的沖擊即降低； （5）具有吸收振動、噪聲和沖擊的能力； （6）散熱良好，以免摩擦零件因溫度過高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑； （7）操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。 （8）摩擦式離合器，摩擦襯面要耐高溫、耐磨損，襯面磨損在一定范圍內(nèi)，要能 通過調(diào)整，使離合器正常工作。 1.3 功用 （1）保證汽車平穩(wěn)起步 起 步 前 汽 車 處 于 靜 止 狀 態(tài) ， 如 果 發(fā) 動 機 與 變 速 箱 是 剛 性 連 接 的 ， 一 旦 掛 上 檔 ， 汽 車 將 由 于 突 然 接 上 動 力 突 然 前 沖 ， 不 但 會 造 成 機 件 的 損 傷 ， 而 且 驅 動 力 也 不 足 以 克 服 汽 車 前 沖 產(chǎn) 生 的 巨 大 慣 性 力 ， 使 發(fā) 動 機 轉 速 急 劇 下 降 而 熄 火 。 如 果 在 起 步 時 利 用 離 合 器 暫 時 將 發(fā) 動 機 和 變 速 箱 分 離 ， 然 后 離 合 器 逐 漸 接 合 ， 由 于 離 合 器 的 主 動 部 分 與 從 動 部 分 之 間 存 在 著 滑 磨 的 現(xiàn) 象 ， 可 以 使 離 合 器 傳 出 的 扭 矩 由 零 逐 漸 增 大 ， 而 汽 車 的 驅 動 力 也 逐 漸 增 大 ， 從 而 讓 汽 車 平 穩(wěn) 地 起 步 。 （2）便于換檔 汽 車 行 駛 過 程 中 ， 經(jīng) 常 換 用 不 同 的 變 速 箱 檔 位 ， 以 適 應 不 斷 變 化 的 行 駛 條 件 。 如 果 沒 有 離 合 器 將 發(fā) 動 機 與 變 速 箱 暫 時 分 離 ， 那 么 變 速 箱 中 嚙 合 的 傳 力 齒 輪 會 因 載 荷 沒 有 卸 除 ， 其 嚙 合 齒 面 間 的 壓 力 很 大 而 難 于 分 開 。 另 一 對 待 嚙 合 齒 輪 會 因 二 者 圓 周 速 度 不 等 而 難 于 嚙 合 。 即 使 強 行 進 入 嚙 合 也 會 產(chǎn) 生 很 大 的 齒 端 沖 擊 ， 容 易 損 壞 機 件 。 利 用 離 合 器 使 發(fā) 動 機 和 變 速 箱 暫 時 分 離 后 進 行 換 檔 ， 則 原 來 嚙 合 的 一 對 齒 輪 因 載 荷 卸 除 ， 嚙 合 面 間 的 壓 力 大 大 減 小 ， 就 容 易 分 開 。 而 待 嚙 合 的 另 一 對 齒 輪 ， 由 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 3 于 主 動 齒 輪 與 發(fā) 動 機 分 開 后 轉 動 慣 量 很 小 ， 采 用 合 適 的 換 檔 動 作 就 能 使 待 嚙 合 的 齒 輪 圓 周 速 度 相 等 或 接 近 相 等 ， 從 而 避 免 或 減 輕 齒 輪 間 的 沖 擊 。 （ 3） 防 止 傳 動 系 過 載 汽 車 緊 急 制 動 時 ， 車 輪 突 然 急 劇 降 速 ， 而 與 發(fā) 動 機 相 連 的 傳 動 系 由 于 旋 轉 的 慣 性 ， 仍 保 持 原 有 轉 速 ， 這 往 往 會 在 傳 動 系 統(tǒng) 中 產(chǎn) 生 遠 大 于 發(fā) 動 機 轉 矩 的 慣 性 矩 ， 使 傳 動 系 的 零 件 容 易 損 壞 。 由 于 離 合 器 是 靠 摩 擦 力 來 傳 遞 轉 矩 的 ， 所 以 當 傳 動 系 內(nèi) 載 荷 超 過 摩 擦 力 所 能 傳 遞 的 轉 矩 時 ， 離 合 器 的 主 、 從 動 部 分 就 會 自 動 打 滑 ， 因 而 起 到 了 防 止 傳 動 系 過 載 的 作 用 。 1.4 離合器的工作原理 （1） 壓盤和蓋總成未與飛輪緊固狀態(tài)（見圖 4-1） 當離合器蓋未固定到飛輪上時，此時離合器蓋與飛輪的安裝面有一個距離 L，膜片 彈簧不受力，處于自由狀態(tài)，因此，壓盤和從動片沒有受到軸向壓力，故發(fā)動機的扭 矩無法傳遞到變速器輸入軸。 （2） 離合器接合狀態(tài)（見圖 4-2） 當離合器蓋緊壓在飛輪的端面上，鋼絲支承圈壓膜片彈簧使之彈性變形，膜片彈 簧對壓盤產(chǎn)生壓緊力，從動盤被夾緊在壓盤與飛輪之間，發(fā)動機的扭矩可以傳遞到變 速器輸入軸。 （3） 離合器分離狀態(tài)（見圖 4-3） 踩下踏板，通過操縱機構使分離軸承左移，則膜片彈簧以鋼絲支承圈為支點轉動 （即膜片彈簧外翻），壓盤的壓緊力被解除。同時，壓盤在已處于彈性變形的三組傳 動片和分離鉤的向后拉力共同作用下被拉離從動盤，從動盤被松開，離合器處于分離 狀態(tài)。此時，僅離合器主動部分隨發(fā)動機旋轉，而離合器從動盤不旋轉，發(fā)動機的扭 矩不能傳遞到變速器輸入軸。 段振東：膜片彈簧離合器的設計 4 4—1 4-2 4-3 1.5 膜片彈簧離合器的結構及其優(yōu)點 1.5.1 膜片彈簧離合器的結構 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 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 5 離合器蓋一般為 120°或 90°旋轉對稱的板殼沖壓結構，通過螺栓與飛輪聯(lián)結在 一起。離合器蓋是離合器中結構形狀比較復雜的承載構件，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 壓盤的結構一般是環(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，飛輪驅動離合器蓋帶動壓盤一起轉動，并通過壓盤與從動盤摩擦 片之間的摩擦力使從動盤轉動；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動壓 盤共同旋轉；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，采用全密封結構和高溫鏗基潤滑脂，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。 1.5.2 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，結構簡單、緊湊，軸向尺寸小，零 件數(shù)目少，質(zhì)量??； 段振東：膜片彈簧離合器的設計 6 3、高速旋轉時，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。 1.6 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構簡單， 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，使離合器的結構大為簡化，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構簡單，調(diào)整方便。 壓盤驅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構，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，結構更 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。 2 主要零部件的結構設計要求 2.1 摩擦片的設計要求 摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對其影響要小，有足夠的機械強度和 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 7 耐磨性；熱穩(wěn)定性好，磨合性好，密度?。挥欣诮Y合平順，長期停放離合器摩擦片 不會粘著現(xiàn)象的。綜上所述，選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、 粘結劑（樹脂或硅膠）和特種添加劑熱壓制成，其摩擦系數(shù)為 0.25～0.3，密度小，價 格便宜，多年來在汽車離合器上使用效果良好。同時，摩擦片從動鋼片用鉚釘連接， 連接可靠，更換摩擦片方便，而且適宜在從動鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。 2.2 膜片彈簧的設計 膜片彈簧使用優(yōu)質(zhì)高精質(zhì)鋼，用優(yōu)質(zhì)彈簧鋼板制成，形狀為蝶形，開有徑向切槽， 切槽內(nèi)端連通，外端為圓孔，兩個切槽之間鋼板形成一個彈性杠桿，既是壓緊彈簧， 又是分離杠桿。 其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為 60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能 力，要對膜片彈簧進行調(diào)質(zhì)處理，得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內(nèi) 緣離開，同時對膜片彈簧進行強壓處理（將彈簧壓平并保持 小時） ，使其高壓力14~2 區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應力，對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理，可提高彈 簧的疲勞壽命。同時，為提高分離指的耐磨性，對其進行局部高頻淬火式鍍鉻。采用 乳白鍍鉻，如膜片彈簧許用應力可取為 1500～1700N/mm 2。 2.3 壓盤的設計 壓盤的材料選用 HT20-40 鑄造制成。它要有一定的質(zhì)量和剛度，以保證足夠的熱 容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應與飛輪保持良好的對中，并進行靜平 衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于 0.8。壓盤殼用 M8×12mm 螺栓 將其一端固定在飛輪端面上，另一端固定在壓盤端面上。 2.4 從動盤的設計 扇形波狀彈簧兩兩對置鉚接于從動鋼片上，兩側在鉚接摩擦片，鉚釘都采用鋁制 埋頭鉚釘，摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度誤差小于 0.2mm，從 動盤本體采用 45 號鋼沖壓加工得到，為防止其彎曲變形而引起分離不徹底，一般在從 動盤本體上設徑向切口。 段振東：膜片彈簧離合器的設計 8 2.5 離合器蓋的設計 離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度，壓盤高度（叢 承壓點到摩擦面的距離）公差要小，支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性 好，膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時，如果分離軸承與曲軸中心線不同心，可 引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心，亦可引起鉚 釘?shù)倪^度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結構措施，采用 10 鋼材材料、 HRc40-50。 3 設計計算說明書 3.1 離合器設計技術參數(shù) 表 3-1 離合器原始數(shù)據(jù) 車型 夏利 汽車的質(zhì)量 1300kg 汽車最大加載質(zhì)量 600 kg 發(fā)動機最大轉速 3600r/min 發(fā)動機最大扭矩 180N.m 發(fā)動機最大功率 68KW 主減速比 3．38 汽車最大時速 180 km/h 3.2 離合器基本性能關系式 摩擦片或從動盤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)動機的最大轉矩來選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動機 最大轉矩 ，離合器的靜摩擦力矩 應大于發(fā)動機最大轉矩 ，而離合器傳遞的maxc?c?maxc? 摩擦力矩 又決定于其摩擦面數(shù) Z、摩擦系數(shù) f、作用在摩擦面上的總壓緊力 PΣ 與摩 擦片平均摩擦半徑 Rm，即 （3.1）mNfPerc???ax? 式中： —離合器的后備系數(shù)，見下表 3—2。? —摩擦系數(shù)，計算時一般取 0.25～0.30。f 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 9 該車型發(fā)動機最大轉矩 為 180N·m，取后備系數(shù) β 為 1.5 可得離合器的靜maxc? 摩擦力矩 ＝180×1.5＝270N·mc 3.3 后備系數(shù)的選擇 后備系數(shù) β 是離合器設計中的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機最大轉 矩的可靠程度。在選擇 β 時，應考慮摩擦片在使用中的磨損后離合器仍能可靠地傳遞 發(fā)動機最大轉矩、防止離合器滑磨時間過長、防止傳動系過載以及操縱輕便等因素。 乘用車 β 選擇：1.20～1.75 ，本次設計取 β = 1.5。 表 3-2 離合器后備系數(shù)的取值范圍 車型 后備系數(shù) 乘用車及最大總質(zhì)量小于 6t 的商用車 1.20～1.75 最大總質(zhì)量為 6～14t 的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 3.4 摩擦片外徑 D、內(nèi)徑 d 和厚度 b 摩擦片外徑是離合器的基本尺寸，它關系到離合器的結構重量和使用壽命，它和 離合器所需傳遞的轉矩大小有一定關系。顯然，傳遞大的轉矩，就需要大的尺寸。發(fā) 動機轉矩是重要的參數(shù)，當按發(fā)動機最大轉矩來確定 D 時，可以查表 3-3 來確定摩擦 片外徑 D 的尺。 表 3-3 離合器尺寸選擇參數(shù)表 摩擦片外徑 D/mm 發(fā)動機最大轉矩 Te max/N·m 單片離合器 雙片離合器 重負荷 中等負荷 極限值 225 — 130 150 170 250 — 170 200 230 280 — 240 280 320 300 260 310 360 325 — 320 380 450 350 — 410 480 550 段振東：膜片彈簧離合器的設計 10 380 — 510 600 700 410 — 620 720 830 430 350 680 800 930 所選的尺寸 D 應符合有關標準(JB1457-74)的規(guī)定。表 3-2 給出了離合器摩擦片的尺寸 系列和參數(shù)。 摩擦片的外徑可由式: （3.2） 求得 maxeDTK? 為直徑系數(shù)，取值見表 3-4 取 ＝14.6 得 D=240mm。DK 表 3-4 直徑系數(shù)的取值范圍 車型 直徑系數(shù) DK 乘用車 14.6 16.0～18.5(單片離合器)最大總質(zhì)量為 1.8～14.0t 的商用車 13.5～15.0(雙片離合器) 最大總質(zhì)量大于 14.0t 的商用車 22.5～24.0 根據(jù)離合器摩擦片的標準化、系列化原則，根據(jù)下表 3-5“離合器摩擦片尺寸系列 和參數(shù)” （即 GB1457—74） 表 3-5 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑 /Dm內(nèi)徑 /dm厚度 /hm內(nèi)外徑之比 /dD 單位面積 2/Fm 160 110 3.2 0.687 10600 180 125 3.5 0.694 13200 200 140 3.5 0.700 16000 225 150 3.5 0.667 22100 250 155 3.5 0.620 30200 300 175 3.5 0.583 46600 325 190 3.5 0.585 54600 可取：摩擦片有關標準尺寸： 外徑 D=250㎜ 內(nèi)徑 d=155㎜ 厚度 h=3.5㎜ 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 11 內(nèi)徑與外徑比值 C′=0.62 單面面積 F=30200mm2 3.5 小結 本部分對離合器的摩擦片進行了設計選擇，確定了離合器摩擦片的外徑尺寸，對 以后其他多個部件總成的外形尺寸選擇起了決定作用。通過對摩擦片這個零件的設計 選擇，還可以間接確定離合器的外形尺寸等。 4 主動部分設計 4.1 壓盤設計 4.1.1 壓盤傳力方式的選擇 壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉動， 所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接應允許壓盤在離合器的分離過程中能自由 的沿軸向移動。如前面所述采用傳動片式的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動片一端 鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳動片的受力情況，它一般 都是沿圓周布置。 4.1.2 壓盤的幾何尺寸的確定 由于摩擦片的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤的內(nèi)外徑也可因此而確定。 壓盤外徑 D=230㎜ 壓盤內(nèi)徑 d=145㎜ 那么壓盤的的尺寸歸結為確定其厚度。壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點： （1） 壓盤應有足夠的質(zhì)量 在離合器的結合過程中，由于滑磨功的存在，每結合一次都要產(chǎn)生大量的熱， 而每次結合的時間又短（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，嚴重時甚至會引起摩擦片和 壓盤的損壞。 由于用石棉材料制成的摩擦片導熱性很差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和 段振東：膜片彈簧離合器的設計 12 壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質(zhì)量以 吸收熱量。 （2） 壓盤應具有較大的剛度 壓盤應具有足夠大的剛度，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。 鑒于以上兩個原因壓盤一般都做得比較厚，但一般不小于 10㎜ 在該設計中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為 20㎜。 在初步確定該離合器壓盤厚度以后，應校核離合器接合一次時的溫升，其接合一 次的溫升不得超過 8°—10°。若溫升過高可以適當增加壓盤的厚度。 壓盤的厚度初步確定后，應校核離合器一次接合的溫升不應超過 8℃～10℃溫升 τ 的校核按式為： τ=γL/mc （4.1） 式中：γ—傳到壓盤的熱量所占的比率。對單片離合器，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 ℃)；kgJ/(4.81 L—滑磨功，J。 若溫升過高，可適當增加壓盤的厚度。壓盤單件的平衡精度應不低于 15～20g·cm。 選擇壓盤厚度為 20mm，外徑 230mm，內(nèi)徑 145mm。 代入公式（4.1）進行校核計算，τ=6.732℃符合標準 [2，3] 。 4.2 離合器蓋的設計 離合器蓋一般都與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的一部分轉矩。此外，它 還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。因此，在設計中應注意以下幾個問題： （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，即當離合器分離時，可 能會使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會降低離合器操縱機構的傳動效率，嚴重時還可能 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 13 造成離合器分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會造成變速器的換檔） （如 08 鋼 板）沖壓成帶加強筋和卷邊的復雜形狀。 （2）離合器的通風散熱 為了加強離合器的冷卻，離合器蓋必須開有許多通風窗口，通常在離合器壓緊彈 簧座處開有通風窗口。 （3）離合器的對中問題 離合器蓋內(nèi)裝有分離杠桿、壓盤、壓緊彈簧等重要零件，因此它相對于飛輪必須 有良好的對中，否則會破壞離合器的平衡，嚴重影響離合器的工作。 離合器蓋的對中方式有兩種，一種是用止口對中，另有種是用定位銷或定位螺栓 對中，由于本設計選用的是傳動片傳動方式，因而離合器蓋通過一外圓與飛輪上的內(nèi) 圓止口對中。 4.3 傳動片設計 壓盤與飛輪通過彈性傳動片連接時，則傳動片應進行拉伸應力的強度校核；若通 過凸塊一窗孔、傳力銷或鍵連接時，則應進行擠壓應力的強度校核： （4.2）??RzFTe/maxj??? 式中： —考慮發(fā)動機轉矩 分配到壓盤上的比例系數(shù)，單片離合器取 ；? 5.0?? —力的作用半徑(見圖 4.1)，m；R —工作元件(例凸塊一窗孔、傳動銷、鍵)的數(shù)目，這里取 3 組每組 4 片；z —接觸面積，mm 2，這里取長為 65mm，寬為 20mm，所以 F=1300 mm2 。F 計算得 =15.22 符合標準 [5]。j? 段振東：膜片彈簧離合器的設計 14 1-傳力裝置；2-分離杠桿中間支承；3-支承叉；4-調(diào)整螺母 圖 4.1 壓盤及分離杠桿計算用圖 4.4 小結 本部分對離合器主動件進行了設計、計算、選擇及校核。主動件包括離合器蓋、 壓盤等。這些部件都是給離合器傳遞扭矩的部件，他們共同的特點是都要有良好的散 熱能力，有能有效把在主動部分的熱傳遞出去的能力。這些部件總成都是符合標準的 部件，經(jīng)過嚴格的校核計算，可以符合使用的標準，滿足使用的需要。 5 從動部分設計 5.1 摩擦片設計 離合器摩擦片在離合器接合過程中將遭到嚴重的滑磨，在相對很短的時間內(nèi)產(chǎn)生 大量的熱，因此，要求面片應有下列一些綜合性能： 1、在工作時有相對較高的摩擦系數(shù)； 2、在整個工作壽命期內(nèi)應維持其摩擦特性，步希望出現(xiàn)，摩擦系數(shù)衰退現(xiàn)象； 3、在短時間內(nèi)能吸收相對高的能量，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； 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 15 5、能抵抗高轉速下大的離心力載荷而不破壞； 6、在傳遞發(fā)動機轉矩時，有足夠的剪切強度； 7、具有小的轉動慣量，材料加工性能良好； 8、在整個正常工作溫度范圍內(nèi)，和對偶材料壓盤、飛輪等有良好的兼容摩擦性能； 9、摩擦副對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/價格比，不會污染環(huán)境。 鑒于以上各點，近年來，摩擦材料的種類增長極快。挑選摩擦材料的基本原則是： 1、滿足較高性能標準； 2、成本最??； 3、考慮代替石棉。 本設計離合器摩擦片選用金屬陶瓷材料。它是由金屬機體、陶瓷成分和潤滑劑組 成的一種多元復合材料。金屬基體的主要作用是以機體接合方式將陶瓷成分和潤滑劑 保持其中，形成具有一定機械強度的整體；陶瓷組分主要起摩擦劑作用；而潤滑劑組 分則主要起提高材料抗咬合性和抗粘性的潤滑作用，并使摩擦副工作平穩(wěn)。潤滑劑組 分和陶瓷組分一起共同形成金屬陶瓷摩擦磨損性能調(diào)節(jié)劑。 這種材料能很好的的完成上邊提到的各種要求，所以選擇這種材料。 摩擦片的尺寸參數(shù)在 3.4 中已經(jīng)查表得出，不再敘述 [6]。 5.2 從動盤轂的設計 從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎受承由發(fā)動機傳來的全部轉矩。 它一般采用齒側對中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)動機的最大轉矩 由表 5.1 選取：maxeT 一般取 1.0～1.4 倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用碳鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，表面 和心部硬度一般 26～ 32HRC。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝； 對減振彈簧窗口及與從動片配合處，應進行高頻處理。 段振東：膜片彈簧離合器的設計 16 表 5.1 花健的的選取 花健尺寸 摩擦片的外 徑 /mmD/N.mmaxeT齒數(shù) n 外徑 /mm'D內(nèi)徑 /mm'd齒厚 /mmt有效齒長 l /mm 擠壓應力 /MPac? 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 11．1 225 150 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 花鍵尺寸選定后應進行擠壓應力 ( MPa)及剪切應力 τ j ( MPa)的強度校核：j? （5.1）????MPaznldDjej 3082max?????? （5.2）lbjej 154ax??? 式中： ， —分別為花鍵外徑及內(nèi)徑，mm；Dd n—花鍵齒數(shù)； ， b—分別為花鍵的有效齒長及鍵齒寬，mm ；lmaxe? z—從動盤毅的數(shù)目；取 Z=1 —發(fā)動機最大轉矩，N mm。maxe ? 從動盤毅通常由 40Cr ， 45 號鋼、35 號鋼鍛造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，HRC28～32。由表 5.1 選取得： 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 17 花鍵齒數(shù) n=10； 花鍵外徑 D=32mm； 花鍵內(nèi)徑 D=26mm； 鍵齒寬 b=4mm； 有效齒長 l=30mm； 擠壓應力 =11.3MPa；? 校核 =19.342MPa；j =8.324MPa 符合強度得要求。j? 5.3 從動片設計 從動片通常用 1.3～2.0mm 厚的鋼板沖壓而成。有時將其外緣的盤形部分磨薄至 0.65～1.0mm，以減小其轉動慣量。從動片的材料與其結構型式有關，整體式即不帶波 形彈簧片的從動片，一般用高碳鋼(50 或 85 號鋼)或 65Mn 鋼板，熱處理硬度 HRC38～48；采用波形彈簧片的分開式(或組合式)從動片，從動片采用 08 鋼板，氰化 表面硬度 HRC45，層深 0.2～0.3mm；波形彈簧片采用 65Mn 鋼板，熱處理硬度 HRC43～51。 5.4 操縱機構 汽車離合器操縱機構是駕駛員用來控制離合器分離又使之柔和接合的一套機構。 它始于離合器踏板，終止于離合器殼內(nèi)的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合 器操縱機構首先要求操作輕便。輕便性包括兩個方面，一是加在離合器踏板上的力不 應過大，另一方面是應有踏板形成的校正機構。離合器操縱機構按分離時所需的能源 不同可分為機械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機械式、氣壓助力液壓式等等。 離合器操縱機構應滿足的要求是 [3]： （1）踏板力要小，轎車一般在 80～ 150N 范圍內(nèi)，貨車不大于 150～ 200N； （2）踏板行程對轎車一般在 mm 范圍內(nèi)，對貨車最大不超過 180mm；150~8 （3）踏板行程應能調(diào)整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復原； （4）應有對踏板行程進行限位的裝置，以防止操縱機構因受力過大而損壞； （5）應具有足夠的剛度； （6）傳動效率要高； 段振東：膜片彈簧離合器的設計 18 （7）發(fā)動機振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。 機械式操縱機構有杠系傳動和繩索系兩種傳動形式，杠傳動結構簡單，工作可靠， 但是機械效率低，質(zhì)量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常工作，遠距離操縱桿系， 布置困難，而繩索傳動可消除上述缺點，但壽命短，機構效率不高。 本次設計的普通輪型離合器操縱機構，采用液壓式操縱機構。液壓操縱機構有如 下優(yōu)點： （1）液壓式操縱機構傳動效率高，質(zhì)量小，布置方便；便于采用吊掛踏板，從而 容易密封，不會因駕駛室和車架的變形及發(fā)動機的振動而產(chǎn)生運動干涉； （2）可使離合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷，正由 于液壓式操縱有以上的優(yōu)點，故應用日益廣泛，離合器液壓操縱機構由主缸、工作缸、 管路系統(tǒng)等部分組成。 mm， mm， mm， mm120?a501?a1352?d671?d mm， mm， mm， mm5c4.c0b92 5.4.1 離合器踏板行程計算 踏板行程 由自由行程 和工作行程 組成：S1S2S （5.3）2112021 dbacZf????????? 式中， 為分離軸承的自由行程，一般為 mm，取 mm；反映到fS0 0.3~55.10?fS 踏板上的自由行程 一般為 mm； 、 分別為主缸和工作缸的直徑；Z 為摩130~212 擦片面數(shù)； 為離合器分離時對偶摩擦面間的間隙，單片： mm，取? 3.~8.? mm； 、 、 、 、 、 為杠桿尺寸。2.1?S1a21b21c2 得： mm， mm，合格。37.?S 山西農(nóng)業(yè)大學工程技術學院畢業(yè)設計說明書 19 c12S0fb1d21a2S 圖 5.1 液壓操縱機構示意圖 5.4.2 踏板力的計算 踏板力為 （5.4）sfFi????' 式中， 為離合器分離時，壓緊彈簧對壓盤的總壓力； 為操縱機構總傳動比，'F ?i ； 為機械效率，液壓式： %，機械式： %； 為21dcbai?? 90~8??80~7??sF 克服回位彈簧 1、2 的拉力所需的踏板力，在初步設計時，可忽略之。 N， ， %；則30.467'F6.43??i0 N19.?fF 合格。 分離離合器所作的功為 SZFWL???)(5.0'1? 式中， 為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力， N，則1F 32.1085? J45.21?L 段振東：膜片彈簧離合器的設計 20 合格。 5.4.3 從動軸的計算 1．選材 40Cr 調(diào)質(zhì)鋼可用于載荷較大而無很大沖擊的重要軸，初選 40Cr 調(diào)質(zhì) 。 2．確定軸的直徑 3nPAd? 式中，A 為由材料與受載情況決定的系數(shù)，見表 5.2: 取 ，n 為軸的轉速，年 n=3600r/min，則10? d=26.63mm，取 mm。36d 表 5.2 軸常用幾種材料的 及 A 值??? 軸的材料 Q235-A，20 Q275，35 （1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr,35SiMn 38SiMnMo,3Cr13??aMP/? 15～25 20～35 25～45 35～56 A 149～126 135～112