汽車離合器（螺旋430）的設(shè)計
汽車離合器（螺旋430）的設(shè)計,汽車,離合器,螺旋,設(shè)計
江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
汽車離合器的設(shè)計
概述
在以內(nèi)燃機作為動力的機械傳動汽車中,無論是AMT或MT,離合器都作為一個獨立的部件而存在.雖然發(fā)展自動傳動系統(tǒng)是汽車傳動系的發(fā)展趨勢,但是有人指出:根據(jù)德國出版的2003年世界汽車年鑒,2002年世界各國114家汽車公司所生產(chǎn)的1864款乘用車中,手動機械變速器車款數(shù)為1337款;在我國,乘用車中自動擋車款式只占全國平均數(shù)的26.53%;若考慮到商用車中更是多數(shù)采用手動變速器,手動擋汽車目前仍然是世界車款的主流(當(dāng)然并不排除一些國家或地區(qū)自動擋式車款是其主流產(chǎn)品).談到未來,考慮到傳動系由MT向自動傳動系過渡,采用AMT技術(shù)其產(chǎn)品改造較為容易,因此AMT技術(shù)是自動傳動系統(tǒng)有力的競爭者.可以說,從目前到將來離合器這一部分將會伴隨著內(nèi)燃機一起存在,不可能在汽車上消失.
早期的單片干式離合器有與錐形離合器相類似的問題,即離合器接合時不夠平穩(wěn).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,尤其是成功的開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此.
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力離合器,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,已能做到接合平順,因此現(xiàn)在廣泛用于大,中,小各類車型中.
如今單片干式摩擦離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面相當(dāng)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矩減震器,防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振,減少了傳動系噪聲和動載荷.
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(現(xiàn)離合器從動盤的直徑已達430mm),離合器的使用條件日酷一日,增加離合器的傳扭能力,提高其使用壽命,簡化操作,已成為重型離合器當(dāng)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1倍.但受到其他客觀因素的影響(如散熱等),實際的效果要比理論值低一點.
19
第二章 工作特征
第一章 離合器螺旋430的設(shè)計
全套離合器應(yīng)由兩部分組成:離合器和離合器操縱.
就摩擦式離合器本身而言,按其功能要求，結(jié)構(gòu)上應(yīng)由下列幾部分組成:主動件、從動件、壓緊彈簧和分離杠桿.
蓋總成通過螺栓安裝到發(fā)動機的飛輪上.飛輪和壓盤為主動件,發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩通過這兩個主動件輸入.飛輪和壓盤之間為從動盤總成,它作為從動件通過摩擦接受由主動件傳來的輸入扭矩,并通過其中間的從動盤轂花鍵輸出轉(zhuǎn)矩.壓緊彈簧通過壓盤把從動盤總成緊緊壓在飛輪上,形成工作壓力.當(dāng)發(fā)動機帶動飛輪和壓盤一道旋轉(zhuǎn)時,通過壓盤上壓緊彈簧產(chǎn)生的工作壓力所形成的摩擦力,帶動從動盤總成旋轉(zhuǎn),完成轉(zhuǎn)矩的輸出.
離合器通常總是處于接合狀態(tài).當(dāng)需要切斷動力時,駕駛員通過離合器操縱系統(tǒng)中的踏板,并經(jīng)過操縱傳動桿系及分離撥叉推動分離套筒向前,消除間隙,使分離桿繞其在離合器蓋上的支點轉(zhuǎn)動,克服壓緊彈簧的工作壓力后，壓盤向后移動,從動盤總成不再輸出轉(zhuǎn)矩.分離套筒向左移動時,在消除間隙后,輸出軸受到了制動,轉(zhuǎn)速很快下降.此種狀況稱為離合器制動,其目的是為了容易換擋.但這種離合器制動主要用在重型離合器上,一般離合器不一定采用.分離桿和分離軸承之間的間隙通常是需要的,因為從動盤總成因摩擦面磨損后會使壓盤向左移動,如果這一移動受到分離軸承的限制,就會導(dǎo)致壓盤不能很好地壓緊摩擦面,從而造成從動盤在傳扭時發(fā)生打滑現(xiàn)象.離合器使用一段時間后由于間隙消失需要重新調(diào)整.現(xiàn)今許多離合器都設(shè)計有自動調(diào)整間隙的結(jié)構(gòu),此時間隙就可以為零,并能在任何時候都保持零間隙而不影響離合器的正常工作.這樣就可省卻使用中需經(jīng)常調(diào)間隙的麻煩.
摩擦式離合器結(jié)構(gòu)類型較多,且可有許多組合.
離合器的結(jié)構(gòu)型式可以不相同,但在使用上它的基本要求是一致的,它們應(yīng)該是:
(1) 能可靠地傳遞發(fā)動機的最大扭矩;
(2) 接合過程要平順、柔和,使汽車起步時沒有抖動和沖擊;
(3) 分離時要迅速、徹底;
(4) 離合器從動部分的轉(zhuǎn)動慣量要小,以減輕換擋時變速器齒輪輪齒的沖擊并方便換擋;
(5) 高速旋轉(zhuǎn)時具有可靠的強度,應(yīng)注意平衡并免受離心力的影響;
(6) 應(yīng)使汽車傳動系避免共振,具有吸收振動、沖擊和減少噪聲的能力;
(7) 操縱輕便,工作性能穩(wěn)定,使用壽命長.
以上這些要求中最為重要的是使用可靠、壽命長以及生產(chǎn)和使用中的良好技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo) .所謂使用可靠,指的是離合器機構(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),其耗費的勞動量也要盡量小.這就取決與制造和裝配質(zhì)量、結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用狀況.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滑和調(diào)整有關(guān).
第二章 工作特征
周置彈簧離合器目前主要用于商用載重汽車上,結(jié)構(gòu)上,螺旋彈簧沿著壓盤的圓周作同心圓布置。壓盤、分離桿及螺旋彈簧均裝在離合器蓋內(nèi),組成離合器蓋總成.離合器蓋用6個螺栓固定在發(fā)動機飛輪上,飛輪作為離合器的一個主動摩擦面,而另一個主動摩擦面為壓盤.因此,壓盤應(yīng)由發(fā)動機直接驅(qū)動,使壓盤成為離合器的主動件.這是離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要一環(huán).壓盤經(jīng)過3個嵌在離合器蓋窗孔內(nèi)的凸臺被離合器蓋及飛輪帶動旋轉(zhuǎn).
在兩個主動件飛輪和壓盤之間裝有從動盤.從動盤的兩邊鉚有摩擦片,從動盤的盤轂花鍵孔中,插入變速器第一軸的花鍵軸段.花鍵部分的結(jié)合采用側(cè)面定心.壓緊彈簧沿圓周均勻分布于分離桿之間.在壓緊彈簧的作用下,壓盤將從動盤緊壓在飛輪上.這樣,發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩,依靠飛輪和壓盤對從動盤的摩擦傳給從動盤,并通過從動盤的花鍵傳給變速器第一軸.
作為分離桿支點的支承叉,用螺栓固定在離合器蓋上.分離桿在靠近外端和靠近中間處分別和壓盤和支承叉鉸接.為了減少摩擦,鉸接處采用滾針或滾銷,為避免離合器分離時分離桿的運動干涉,結(jié)構(gòu)采用插在支承叉孔內(nèi)的固定銷削量.這樣,分離桿作轉(zhuǎn)動時,其中間孔中的滾銷可以在固定銷削扁的平面上自由上下運動,保證分離桿能自由的繞中間支點轉(zhuǎn)動不會干涉,使壓盤順利分離或接合.此外,每個分離桿內(nèi)端均有一個調(diào)整螺釘,調(diào)整這3個螺釘所決定的平面,使它和壓盤表面相平行。分離桿的設(shè)計是離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個重點.
周置彈簧離合器所用的螺旋彈簧是線性的,當(dāng)摩擦片磨損后,彈簧伸長,壓緊力下降,這對離合器可靠傳扭是很不利的.如果采用剛度小的彈簧,壓緊力的下降就不會很明顯.但降低彈簧剛度需要增加螺旋彈簧的圈數(shù),增加彈簧高度尺寸,這對壓簧來說容易產(chǎn)生縱向的不穩(wěn)定性,尤其在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時,壓簧處有大的離心力作用,容易使簧絲鼓出.簧絲的鼓出使它靠到彈簧的導(dǎo)向套上,這會使彈簧的壓緊力所有損失(可達10%),簧絲和導(dǎo)向套長時期接觸和摩擦?xí)箯椈稍缙趽p壞.為此,可改用組合式周置螺旋彈簧的結(jié)構(gòu).
壓簧沿圓周布置時,彈簧壓緊力直接作用于壓盤.為了保證摩擦片上壓力分布盡量均勻,壓簧的數(shù)目不應(yīng)該太少,且要隨摩擦片直徑的增大而增多,有時甚至布置成兩排.
為了使離合器操縱輕便,起步平穩(wěn)及防止在發(fā)動機高轉(zhuǎn)速時引起離合器打滑,曾出現(xiàn)過半離心式離合器,離合器分離桿的外端有重錘,當(dāng)發(fā)動機旋轉(zhuǎn)時,重錘上產(chǎn)生離心力使分離桿繞其中間支點轉(zhuǎn)動,并給壓盤以軸向推力.但在低速旋轉(zhuǎn)時,由于重錘離心力很小,離合器壓盤的壓緊力僅由壓盤彈簧產(chǎn)生.隨著轉(zhuǎn)速的提高,重錘離心力加大,分離桿給壓盤的推力也增大,此時壓盤的壓緊力由壓緊彈簧和重錘離心力一同產(chǎn)生.而且離合器壓盤的壓緊力隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加而增大,故壓緊彈簧的壓力可以選的小些(比同尺寸的一般離合器約小30%).這樣一來,就使得離合器在低速分離時施加于踏板的力減小,操縱離合器省力.高速時由于離合力加大,使后備系數(shù)加大,保證發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的可靠傳遞不致打滑.即使偶爾發(fā)生打滑現(xiàn)象,由于打滑會使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速增加,重錘的離心力加大,從而制止了離合器打滑.這是一種良性循環(huán),打滑-升速-離心力增加-停止打滑.這種半離心式離合器主要用在小客車上.對經(jīng)常在艱難道路上行駛的載重汽車來說并不適宜采用半離心式的結(jié)構(gòu).半離心式離合器的另一缺點是發(fā)動機在高速下的后備系數(shù)過大,因此汽車在高速行駛而需作緊急制止時,傳動系零件很容易過載.目前這種半離心式結(jié)構(gòu)一般已不再采用.
為了減輕操縱,國外小客車上(尤其在歐洲)曾用過全自動離心式離合器.其結(jié)構(gòu)原理:在離合器蓋和壓盤之間有一作用盤,4個離心重塊通過銷軸裝在作用盤上,重塊與壓盤之間有短桿,重塊在離心力作用下繞銷軸轉(zhuǎn)動時,通過短桿將力傳至壓盤壓緊從動盤.與此同時有一反作用于重塊要推離作用盤,這一反力由安裝在離合器蓋和作用盤間的工作壓簧予以平衡.為了防止發(fā)動機在過低的轉(zhuǎn)速(如怠速運轉(zhuǎn))下離合器的接合,由此產(chǎn)生摩擦片的滑磨,在大的工作壓簧中安裝另一組較小的預(yù)緊力可調(diào)的壓簧.只有發(fā)動機轉(zhuǎn)速足夠高(超過1000r/min),離心重塊產(chǎn)生的離心力超過預(yù)緊力可調(diào)的小壓簧之后,壓盤才能逐漸被壓緊.可調(diào)小壓簧的預(yù)緊力可以用調(diào)整螺母進行調(diào)整.
為了換擋方便,結(jié)構(gòu)上有一專門的分離裝置強制拉開作用盤,使離合器分離.它的作用也是自動的.其離合器為真空自動操縱裝置,該操縱裝置的作用過程如下.
駕駛員在換擋時先放松加速踏板,握住變速桿使開關(guān)閉合,線圈通電,在電磁力的作用下,線圈的推桿向下移動,克服了閥彈簧力的作用打開閥門,在真空度的作用下,真空加力室的膜片向左移動,經(jīng)過分離機構(gòu)使離合器分離,離合器分離過程的時間約為0.25s.
在離合器分離的同時,發(fā)動機的真空度也進入了真空室.由于真空室的作用,發(fā)動機節(jié)流閥開大,使得發(fā)動機的轉(zhuǎn)速維持在1300r/min左右.這樣,變速器從高擋換入抵擋后,從動盤的轉(zhuǎn)速和飛輪的轉(zhuǎn)速比較一致,因而消除了離合器在重新接合時的沖撞現(xiàn)象.當(dāng)變速器由低擋換入高擋時,提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速將引起離合器滑磨增加,這是不利的一面.
離合器在接合狀態(tài),離合器的主從件作為整體一起旋轉(zhuǎn)，直接傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩。此狀況下，離合器的主、從動件沒有相對運動，摩擦副表面就沒有磨損，也不發(fā)熱，也沒有能量損耗。但是，在汽車起步過程中需要利用離合器主、從動件間的相對滑動，也就是說，離合器在接合過程中讓其從動件的轉(zhuǎn)速增長有一過程，使汽車平穩(wěn)起步。因此，離合器接合過程的滑磨是其重要特性。離合器滑磨的結(jié)果，一方面使摩擦片磨損；另一方面會引起壓盤、飛輪等零件的溫度升高，而摩擦表面溫度的過分升高，將加劇摩擦片的磨損，并將嚴(yán)重影響離合器的正常工作和使用壽命。為此，必須充分了解離合器在接合過程中滑磨的特性及評價和分析計算方法、壓盤等零件的熱負(fù)荷狀況，以便能正確設(shè)計和使用離合器。
第三章 結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的選擇
3.1 離合器轉(zhuǎn)矩容量
摩擦離合器的基本結(jié)構(gòu)是摩擦傳動機構(gòu)，它依靠摩擦來傳遞轉(zhuǎn)矩。摩擦力F是一種耗散力，它的作用方向與運動方向相反。
摩擦力定律說明，摩擦力F的大小和正壓力N成正比。比例系數(shù)為摩擦系數(shù)μ。摩擦力本質(zhì)是非線性的,他有多個值,其最大值為μN.如果,作用力F<μN,則摩擦力就只能等于作用力F,當(dāng)F>μN時,滑塊就要產(chǎn)生運動,引起滑塊加速的力為
Fa=F-μΝ=F-Ff.
當(dāng)滑塊繞作用半徑等速轉(zhuǎn)動時，此時最大的摩擦力Ff（假想）產(chǎn)生的摩擦力矩為Tf:
Tf=ReFf=ReμN
式中，Re為有效作用半徑。
Tf就是摩擦機構(gòu)利用摩擦的轉(zhuǎn)矩容量。轉(zhuǎn)矩容量（或扭矩容量）反映的是摩擦所傳遞轉(zhuǎn)矩的極限能力而不一定是它實際傳遞轉(zhuǎn)矩的大小。其中Re如何確定非常重要，它是兩種數(shù)學(xué)模型可用。一種模型是認(rèn)為正壓力均勻分布于摩擦面上，現(xiàn)如下分析。
設(shè)定一圓環(huán)，其上作用有一正壓力N和轉(zhuǎn)矩T，圓環(huán)外徑為Ro,內(nèi)徑為Ri。若圓環(huán)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動會產(chǎn)生摩擦力矩。
因假定壓力均勻分布，則圓環(huán)上單位面積的壓力為
P=N/π(Ro2-Ri2)
現(xiàn)考慮圓環(huán)上微圓面積上產(chǎn)生的摩擦力矩dTf，它距離中心為r,圓環(huán)厚dr，則該微圓環(huán)面積上產(chǎn)生的摩擦力矩dTf為 dTf=2πrdrpμr
摩擦盤上壓力均勻分布時其有效的摩擦作用半徑Re為 Re=2(R3o-R3i)μN/3(R2o-R2i)
實際上，由于溫度等因素影響造成接觸表面的翹曲使正壓力分布不均，摩擦系數(shù)在各處也并不相等，于是提出了另一種模型。該模型認(rèn)定壓力從Ri到Ro遞，它是1/R的函數(shù)，此時認(rèn)為有效的摩擦半徑Re為 Re=(Ro+Ri)/2
下面根據(jù)轉(zhuǎn)矩容量的概念來確定實際離合器的轉(zhuǎn)矩容量Tc。由于離合器的從動盤兩面都是摩擦面，而且離合器所用的從動盤不止1個，這樣離合器轉(zhuǎn)矩容量Tc的基本計算公式為 Tc=ZTf=ZreμN
式中，Z為離合器摩擦工作面數(shù)，單片為2，雙片為3…減
若把兩種模型不同的Re代入式，就得到兩種不同的離合器轉(zhuǎn)矩容量Tc的計算公式，它們之間的差別之是反映了兩種不同的假設(shè)。不管怎樣解釋，對上述兩種模型既不能說誰對誰錯，也難分清楚那一種模型更好。這是由于二者都只是把復(fù)雜的現(xiàn)象作一系列簡化后得出的，它們只能起對離合器的轉(zhuǎn)矩容量作估算的作用。而現(xiàn)實情況時，溫度、時間因素都會影響離合器容量的大小，所以不能肯定上述簡單公式何者更準(zhǔn)。
3.2 基本結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)的選擇
在初步確定離合器的結(jié)構(gòu)形式（如單片、采用有機面片、膜片彈簧等）之后，就要確定其基本結(jié)構(gòu)尺寸、參數(shù)，它們是：
（1） 摩擦片外徑D；
（2） 單位壓力p；
（3） 后備系數(shù)β。
在選定這些尺寸參數(shù)時，下列一些車輛參數(shù)對它們有重大影響：
（1） 發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩Temax;
（2） 整車總質(zhì)量ma;
（3） 傳動系總的速比i∑；
（4） 車輪滾動半徑rk。
第四章 離合器零件的結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計計算
4．1壓盤的設(shè)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(zhuǎn)矩時，它和飛輪一起帶動從動盤轉(zhuǎn)動，所以它必須和飛輪有一定的聯(lián)系，但這種聯(lián)系又應(yīng)允許壓盤在離合器分離過程中能自由地做軸向移動，使壓盤和從動盤脫離接觸。壓盤和飛輪間常用的連接方式以下幾種 。離合器蓋用螺栓固定在飛輪上，在蓋上開有長方形的窗口，壓盤上則鑄有相應(yīng)的凸臺，凸臺伸進蓋上的窗口，由離合器蓋帶動壓盤?？紤]到摩擦片磨損后壓盤將向前移，因此在設(shè)計新離合器時，應(yīng)使壓盤凸臺適當(dāng)高出蓋上窗口以外，以保證摩擦片磨損至極限時仍能可靠傳動。
此外。在單片離合器中也采用鍵式連接方法，中間壓盤通過鍵，壓盤則通過凸臺。
現(xiàn)在廣泛采用傳力片的傳動方式，由彈簧鋼帶制成的傳力片的一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上。為了改善傳力片的受力情況，它一般都是沿圓周切向布置。這種傳力片的連接方式還簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，降低了對裝配精度的要求，并且還有利于壓盤的定中。
壓盤的結(jié)構(gòu)形狀除與傳力方式有關(guān)外，還與壓緊方式和分離方式有關(guān)。在采用沿圓周分布的圓柱螺旋彈簧作壓緊彈簧時，壓盤上應(yīng)鑄有圓柱形凸臺作為彈簧的導(dǎo)向座。而在采用膜片彈簧或中央彈簧時，則在壓盤上鑄有一圈凸起以供支承膜片彈簧或彈性壓桿之用。
4.1.2.壓盤幾何尺寸的確定
壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點.
1) 壓盤應(yīng)具有足夠的質(zhì)量
在離合器的接合過程中,由于滑磨的存在,每接合一次的過程中都要產(chǎn)生大量的熱,而每次接合的時間又短(大約3s左右),因此熱量根本來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.它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)下降,加劇磨損,嚴(yán)重時甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P的燒損.
由于用石棉(或其他有機物)材料制成的摩擦片導(dǎo)熱很差,在滑磨過程中所產(chǎn)生的熱主要有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,故要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量來吸收熱量.
2) 壓盤應(yīng)具有較大的剛度
壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度和合理的結(jié)構(gòu)形狀,以保證在受熱的情況下不致因產(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,壓盤一般都做的比較厚(一般不小于10mm),而且在內(nèi)緣做成一定錐度以彌補壓盤因受熱變形后內(nèi)緣的凸起.此外,壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計還應(yīng)注意加強通風(fēng)冷卻,如雙片離合器的中間壓盤體內(nèi)開有許多徑向通風(fēng)孔,近年來這種結(jié)構(gòu)也開始在單片離合器的壓盤中采用.
壓盤設(shè)計時在初步確定壓盤厚度以后,應(yīng)校核離合器接合一次時的溫升,它不應(yīng)超過8~10℃.若溫升過高,可適當(dāng)增加壓盤的厚度.
校核計算的公式如下:
τ=γL/cm壓
式中,τ-溫升
L-滑磨功
γ-分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比:單片離合器壓盤,γ=0.50;雙片離合器壓盤,γ=0.25;雙片離合器中間壓盤,γ=0.50;
c-壓盤的比熱容,對鑄鐵壓盤,c=544.28J/(kg.K);
m壓-壓盤質(zhì)量
4．2傳力設(shè)計
4.2.1傳力片的設(shè)計及強度校核
傳力片在不同的離合器結(jié)構(gòu)中，起的作用不完全相同。基本上有兩種情況，對于周置螺旋彈簧離合器的傳力片，它主要承擔(dān)離合器壓盤傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩，使之成為摩擦副中的主動件，而壓盤的分離由分離桿來完成。而現(xiàn)在膜片彈簧離合器中的壓盤傳力片，除了要承擔(dān)傳遞發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩之外，還要依靠傳力片的彈性作用使壓盤分離（如果不想用傳力片來分離壓盤也可以）。利用傳力片來分離壓盤，在離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計上要簡單些，但傳力片受力狀況要復(fù)雜得多，傳力片的負(fù)荷也更嚴(yán)重，故必須仔細(xì)的對它進行強度校核。
離合器蓋設(shè)計
離合器蓋與飛輪用螺栓固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的一部分轉(zhuǎn)矩給壓盤。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在設(shè)計時應(yīng)特別注意以下幾個問題。
1． 剛度問題
離合器分離桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，則當(dāng)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部分的傳動效率，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會造成變速器換擋困難。
為了減輕重量和增加剛度，小轎車和一般載貨汽車的離合器常用厚度約為3-5mm的低碳鋼板沖壓成比較復(fù)雜的形狀。重型汽車由于批量少，為了降低成本，增加剛度則長常采用鑄鐵的離合器蓋。
2． 通風(fēng)散熱問題
為了加強離合器的冷卻，離合器蓋上必須開許多通風(fēng)窗口。
3． 對中問題
離合器內(nèi)裝有壓盤、分離桿、壓緊彈簧等零件，因此它相對發(fā)動機飛輪曲軸中心線必須要有良好的定心對中，否則會破壞系統(tǒng)整體的平衡，嚴(yán)重影響離合器的正常工作。
對中方式常用的有以下兩種：一是用止口對中，鑄造的離合器蓋以外圓與飛輪上的內(nèi)緣圓止口對中。二是用定位銷或定位螺栓對中。
4.3離合器的分離裝置
分離桿結(jié)構(gòu)型式的選擇
在離合器分離和接合的過程中，踏板與壓盤之間運動聯(lián)系的最后環(huán)節(jié)為分離桿。周置螺旋彈簧離合器的分離桿數(shù)目一般采用3-6個。分離桿的結(jié)構(gòu)型式與壓緊彈簧的類型有著密切的關(guān)系，在中央彈簧離合器中，只有彈性壓桿而沒有分離桿一詞，廣義上來說，離合器分離時它已不再傳遞彈簧的工作壓力，故也可算分離桿。
1． 分離桿設(shè)計
分離桿設(shè)計時要注意如下幾個問題。
1） 分離桿要有足夠的剛度
在分離離合器時，分離桿要承受很大的力，如果剛度不夠，會引起較大的變形，這不僅要降低離合器操縱機構(gòu)的傳動效率，甚至還可能出現(xiàn)離合器分離不徹底。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一定要設(shè)法增加分離桿的剛度，提高其抗彎曲的能力，以減少在受力時的變形。分離桿都有加強筋。
2） 分離桿的鉸接處應(yīng)避免運動上的干涉
分離離合器時，壓盤沿其軸線做平行移動，分離桿與壓盤的鉸接點也是跟著壓盤一起平移。與此同時，這個鉸接點還必須繞分離桿的中間點做圓弧運動。顯然，同一個點同時要做兩種運動是不可能的，這就是所說的運動干涉現(xiàn)象。為了避免這中運動干涉，保證離合器能順利地分離，在分離桿鉸接處的結(jié)構(gòu)上必須采取相應(yīng)的措施。
分離桿的中間支承叉用螺釘固緊在離合器蓋上，分離桿插在支承的槽內(nèi)。支承叉孔中插入一圓柱銷上銑削有平面的支承銷，并固定在支承叉中不能轉(zhuǎn)動，分離桿上的中間孔徑較大。還能放入一短的小滾柱，分離桿就支承在支承銷及與支承銷切削面平面相接觸的小滾住上。由于小滾住在分離桿孔內(nèi)有配合間隙，因此當(dāng)離合器分離時，小滾住可在支承銷的平面上移動，使分離桿的中間支點成為一個可以活動的支承，以適應(yīng)壓盤運動的要求。
分離桿的支承叉與離合器蓋的連接處采用了帶球面調(diào)整螺母，而且支承叉的軸個離合器蓋上的孔之間還留有間隙。這樣，在離合器分離時，支承叉可在離合器的孔中擺動，以避免分離桿的運動干涉。
擺動塊式分離桿有分離桿，浮動銷，調(diào)整螺栓及擺動塊、分離桿彈簧等組成。當(dāng)離合器處于結(jié)合狀態(tài)時，在離心力的作用下，柘城著分離桿的浮動銷處于支承調(diào)整螺栓的孔的靠外處。在分離桿分離時，分離桿的內(nèi)端向左運動，浮動銷沿螺栓孔中的平面向內(nèi)運動，與此同時擺動塊繞其在壓盤上的支承處擺動，而擺動塊的另一端則在分離桿上做圓弧移動，移動量一般都不大（約1mm）。
3）分離桿內(nèi)端的高度應(yīng)可以調(diào)整
為了保證在離合器分離時分離軸能同時壓緊所有的分離桿，使每個分離桿的受力均衡，并使壓盤不致產(chǎn)生歪斜，造成離合器分離不徹底和結(jié)合過程中離合器的抖動現(xiàn)象，要求各分離桿的內(nèi)端必須位于壓盤的同一平面上（其高度差一般不超過0.2mm）。為了達到這個要求，分離桿在結(jié)構(gòu)上都有相應(yīng)的調(diào)整環(huán)節(jié)。 4） 分離桿的鉸接處應(yīng)采用滾針軸承或刀口支承
為了減少磨損和提高效率，分離桿的鉸接處應(yīng)采用滾針軸承或刀口支承。如在北京212吉普車上的離合器分離桿與壓盤的鉸接撤采用了19個￠1.60-0.010的軸承滾針；SH361型汽車離合器分離桿的鉸接處采用了19個￠2.5的軸承滾針。
3分離桿的材料與熱處理
分離桿一般由低碳鋼板（08鋼）沖壓或由中碳鋼（3號鋼）鍛造而成。為了提高耐磨性能，表面進行氰化處理，層深0.5~0.3mm,硬度HRC58~63。
擺動塊由中碳鋼板沖壓而成，擺動塊由厚2.5mm的35號鋼帶制成，表面氰化，層深0.5~0.3mm,硬度HRC56~62。
圓柱螺旋彈簧設(shè)計：
壓緊彈簧沿著離合器壓盤圓周布置時通常都用圓柱螺旋彈簧。螺旋彈簧的兩端拼緊并磨平，這樣可使彈簧的兩端支承賣弄較大，各圈受力均勻，且彈簧的垂直度偏較小。
為了保證離合器摩擦片上有均勻的壓緊力，螺旋彈簧的數(shù)目一般不少于6個，而且應(yīng)該隨摩擦片外徑的增大而增加彈簧的數(shù)目。此外，在布置圓柱螺旋彈簧時，要注意分離桿的數(shù)目，使彈簧均布于分離桿之間。因此，彈簧的數(shù)目Z應(yīng)該是分離桿數(shù)n的倍數(shù)，即Z=mm式中，m為任意正整數(shù)。
在設(shè)計圓柱螺旋彈簧時，應(yīng)根據(jù)摩擦片的外徑D選定彈簧的數(shù)目Z，并根據(jù)離合器工作的總壓力P∑,確定每一個彈簧的工作壓力P:
式中,P∑-工作總壓力
Z-離合器壓簧的數(shù)目.
在設(shè)計上,每一個周置圓柱螺旋彈簧的工作壓力P應(yīng)不超過1000N.
周置壓緊彈簧的外徑通常限制在27-30mm之間.這樣,便于把同樣的壓簧裝在不同尺寸的離合器上.有的離合器廠,有時還把用的叫多的一些彈簧的工作高度做成相同的尺寸,而用改變鋼絲直徑和工作圈數(shù)的辦法,以獲得彈簧的不同壓緊力,有利于壓簧在不同的離合器上通用.
第五章 離合器故障診斷與排除
5.1離合器故障的分類
離合器的故障大致可分成以下幾類:
(1) 分離不徹底;
(2) 離合器打滑;
(3) 離合器接合時發(fā)抖
(4) 振動、噪聲；
(5) 零件損壞；
(6) 踏板力過大。
離合器的某一故障也許會是若干種原因綜合作用的結(jié)果。
5.2故障原因分析
5.2.1分離不徹底
造成離合器分離不徹底的原因大致有以下3個方面
1． 變速器第1軸（輸入軸）前端在飛輪孔中的導(dǎo)向軸承磨損
導(dǎo)向軸承磨損會引起變速器第1軸的徑向跳動或者軸承不能自由轉(zhuǎn)動，這兩種情況都會造成即使離合器分離，變速器第1軸仍然轉(zhuǎn)動，表現(xiàn)出離合器沒有分離。
2． 從動盤的原因
這可能有3種情況。
（1） 從動盤故障：由于零件的失效、操作不當(dāng)或安裝技術(shù)不恰當(dāng)引起從動件損壞或變行等，造成離合器從動盤轂在變速器第1軸花鍵上不能自由滑動。
（2） 從動盤轂花鍵膠合：從動盤轂花鍵在花鍵軸上的活動不靈活，移動受阻。其表現(xiàn)為離合器壓盤已分離，而從動盤不易從飛輪面處脫開，使得變速器第1軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。造成這種情況的原因可能是，花鍵配合面生銹、沾污、配合不恰當(dāng)，或花鍵軸上有刻痕、毛刺、飛邊等。
（3） 從動盤摩擦面附著于飛輪或壓盤表面：引起從動盤附著的原因通常是較長時間沒有使用離合器，在摩擦材料和對偶件鑄鐵零件間引起化學(xué)性生銹結(jié)合。這類問題通常和氣候條件有關(guān)。
3． 離合器蓋總成安裝不當(dāng)，變形過大
離合器蓋總成安裝到飛輪面上后，若安裝不當(dāng)則會引起蓋的扭曲，造成壓盤的升程不勻，壓盤發(fā)生歪斜。壓盤的歪斜會造成分離不徹底。此外，離合器蓋、摩擦片組合不當(dāng)，也會出現(xiàn)壓盤升程不勻現(xiàn)象。如果離合器蓋剛度不夠，在分離時變形過大，也會造成因分離行程過大而不能徹底分離。
5.2.2離合器打滑
引起離合器打滑的結(jié)構(gòu)因素很多。
1． 離合器從動盤
1） 摩擦面上沾油
離合器打滑可能是從動盤摩擦面片上有油污，這可能是由于發(fā)動機曲軸后主油封的滲漏所致。應(yīng)該設(shè)法讓滲漏出的油進到離合器蓋前面的飛輪并通過甩油孔甩出。一旦摩擦面片上有油，摩擦面片的摩擦系數(shù)就會立即變小從而發(fā)生滑動。離合器打滑后生成大量的熱，最終導(dǎo)致離合器燒損失效。
摩擦面片上的油污也可能是從變速器第1軸油封處滲過來的，這可能是因為變速器第1軸油封失效所致，變速器第1軸導(dǎo)向軸承的磨損，或者變速器第1軸和發(fā)動機曲軸不同心都會使該油封提前失效。
在變速器第1軸花鍵上潤滑脂過多也容易使摩擦面片上沾油污。為了便于把變速器第1軸插入離合器從動盤轂花鍵孔中，其花鍵軸上常涂抹適量潤滑脂，若潤滑脂過量，在離心力作用下，將沿花鍵槽流出甩到從動盤的摩擦面片上，使離合器打滑。
2） 摩擦面磨損
摩擦面磨損若是在正常的范圍之內(nèi)不應(yīng)有問題，若摩擦片的磨損超過了設(shè)計上允許的限度，則夾緊載荷將過分減少，帶一定程度即要發(fā)生打滑。駕駛員操作野蠻或離合器操縱系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)，都會造成摩擦面的早期磨損。
3） 從動盤厚度不恰當(dāng)造成夾緊力不夠。
2． 離合器蓋總成
離合器蓋總成的問題關(guān)鍵是夾緊載荷不夠。其原因可能是預(yù)緊力過大、離合器蓋總成中的一些不匹配、彈簧損壞.離合器在接合過程中產(chǎn)生的熱量過多會使溫度升高過于劇烈,從而引起壓盤鑄件的翹曲和彈簧彈力的減弱,這些又將進一步加劇離合器的打滑,形成一種惡性循環(huán).
3.操縱系統(tǒng)
操縱系統(tǒng)如果不能及時復(fù)位,分離間隙就不能及時調(diào)整而使離合器不能正常全部接合,從而引起打滑.
5.2.3離合器抖動
1. 離合器從動盤
摩擦面上油污.摩擦面上有油污會引起離合器發(fā)抖.離合器發(fā)抖通常只在接合時覺察到,而在低速起步時會持續(xù)發(fā)生.它給人的感覺是汽車在震竄.因為摩擦面上油污改變了摩擦副的摩擦系數(shù),其值不再穩(wěn)定.斷續(xù)的摩擦形成了摩擦副對偶件間的咬合-滑動,從而引起離合器抖動.
(1) 軸向彈性失效.離合器發(fā)抖是離合器接合過程中不能忍受的結(jié)合品質(zhì).在一些車輛中，離合器從動盤有適當(dāng)?shù)妮S向彈性,它能影響到接合品質(zhì)并消除離合器的發(fā)抖.在這類車中從動盤軸向彈性失效的后果是嚴(yán)重的.
2. 離合器蓋總成不符合技術(shù)要求
如果壓盤表面和離合器蓋與飛輪相接合的表面不平行,那么當(dāng)離合器接合時,在360°的轉(zhuǎn)動范圍內(nèi)所傳遞的轉(zhuǎn)矩就會改變,這種轉(zhuǎn)矩的改變在轉(zhuǎn)動中呈周期性,這種周期性的脈動會變成激勵力,若傳動系的固有頻率和它一致,就會引起抖動.從動盤兩側(cè)的摩擦面若互不平行,也會有類似的情況.傳動系的特性和剛度會受到如發(fā)動機懸置、懸架彈簧、減震器等元件老化的影響，并隨傳動系中一些零件的磨損、開裂、破損、滲漏等因素而改變。
3． 離合器操縱系統(tǒng)布置
離合器操縱系統(tǒng)布置不當(dāng)會引起抖動的現(xiàn)象。發(fā)動機-離合器-變速器動力總成是通過彈性懸置安裝在車架上的，在汽車起步離合器接合過程中，汽車后驅(qū)動橋受到一反轉(zhuǎn)矩作用。橋殼受力的平衡只能靠懸架彈簧力，由于懸架彈簧受力后的變形，橋殼將沿順時針方向轉(zhuǎn)過一個角度，這樣，傳動軸長度要發(fā)生變化，如果傳動軸花鍵內(nèi)阻力較大，就無法使傳動軸長度改變。但由于發(fā)動機懸置的彈性，使發(fā)動機-離合器-變速器動力總是相對車架在縱向方向產(chǎn)生位移，而離合器操縱系統(tǒng)安裝在車架上的，這樣，就可能造成離合器重新分離。
4． 發(fā)動機運轉(zhuǎn)不均勻
有時發(fā)動機運轉(zhuǎn)不均勻也會造成離合器抖動。
5.2.4噪音和振動
和離合器有關(guān)的引起噪音和振動的原因有多方面。
1． 前導(dǎo)向軸承損壞
由于前導(dǎo)向軸承損壞引發(fā)的噪音。只要離合器分離必定出現(xiàn)噪音，離合器一旦接合噪聲就沒有了。有時會把這種噪聲誤解為分離軸承的失敗所致，所以要注意分辨。變速器安裝不當(dāng)，往往使導(dǎo)向軸承額外受力，在離合器使用若干次后就使它損壞，很快出現(xiàn)噪聲。
2． 分離軸承損壞
任何類型的分離軸承失效后都會出現(xiàn)尖銳噪聲。如果分離軸承有故障，那么噪聲隨離合器踏板力的增加而增加。如果噪聲在離合器分離后才出現(xiàn)，那就是前導(dǎo)向軸承有故障。離合器完全接合后出現(xiàn)的噪聲，會來自于變速器。離合器操縱系統(tǒng)軸承預(yù)緊度不夠。也能引發(fā)噪聲。
3． 扭轉(zhuǎn)減震器有問題
如果變速器在空擋，發(fā)動機在運轉(zhuǎn)，可以在車廂內(nèi)聽到“格格”聲，這是變速器中發(fā)生的噪聲。這和離合器從動盤中的扭轉(zhuǎn)減震器結(jié)構(gòu)性能改變有很大關(guān)系。
4． 分離軸承、變速器第1軸、飛輪、離合器蓋不同心
這是制造、安裝綜合性問題。不同心會使分離軸承和分離桿接觸時偏心或成角度接觸，從而導(dǎo)致分離軸承要承擔(dān)更大的負(fù)荷，加速磨損并出現(xiàn)噪聲。
5． 飛輪-離合器總成不平衡
離合器總成安裝到飛輪上時，注意將“質(zhì)量偏重的一面”和“質(zhì)量偏輕的一面”相對應(yīng)安裝，這有助于飛輪-離合器總成的整體平衡。如果安裝時與上述情況相反，將會更加不平衡，引起強烈振動。
6． 離合器蓋總成安裝螺釘松動
有的離合器蓋總成用螺釘?shù)膱A柱凸肩或定位銷來定位，確保離合器蓋總成和發(fā)動機曲軸同心。如果這些定位機構(gòu)在安裝時沒能起到定心作用，就會引發(fā)系統(tǒng)的振動。
結(jié)語
全套離合器應(yīng)由兩部分組成:離合器和離合器操縱.
就摩擦式離合器本身而言,按其功能要求，結(jié)構(gòu)上應(yīng)由下列幾部分組成:主動件、從動件、壓緊彈簧和分離杠桿.
蓋總成通過螺栓安裝到發(fā)動機的飛輪上.飛輪和壓盤為主動件,發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩通過這兩個主動件輸入.飛輪和壓盤之間為從動盤總成,它作為從動件通過摩擦接受由主動件傳來的輸入扭矩,并通過其中間的從動盤轂花鍵輸出轉(zhuǎn)矩.壓緊彈簧通過壓盤把從動盤總成緊緊壓在飛輪上,形成工作壓力.當(dāng)發(fā)動機帶動飛輪和壓盤一道旋轉(zhuǎn)時,通過壓盤上壓緊彈簧產(chǎn)生的工作壓力所形成的摩擦力,帶動從動盤總成旋轉(zhuǎn),完成轉(zhuǎn)矩的輸出.
離合器通?？偸翘幱诮雍蠣顟B(tài).當(dāng)需要切斷動力時,駕駛員通過離合器操縱系統(tǒng)中的踏板,并經(jīng)過操縱傳動桿系及分離撥叉推動分離套筒向前,消除間隙,使分離桿繞其在離合器蓋上的支點轉(zhuǎn)動,克服壓緊彈簧的工作壓力后，壓盤向后移動,從動盤總成不再輸出轉(zhuǎn)矩.分離套筒向左移動時,在消除間隙后,輸出軸受到了制動,轉(zhuǎn)速很快下降.此種狀況稱為離合器制動,其目的是為了容易換擋.但這種離合器制動主要用在重型離合器上,一般離合器不一定采用.分離桿和分離軸承之間的間隙通常是需要的,因為從動盤總成因摩擦面磨損后會使壓盤向左移動,如果這一移動受到分離軸承的限制,就會導(dǎo)致壓盤不能很好地壓緊摩擦面,從而造成從動盤在傳扭時發(fā)生打滑現(xiàn)象.離合器使用一段時間后由于間隙消失需要重新調(diào)整.現(xiàn)今許多離合器都設(shè)計有自動調(diào)整間隙的結(jié)構(gòu),此時間隙就可以為零,并能在任何時候都保持零間隙而不影響離合器的正常工作.這樣就可省卻使用中需經(jīng)常調(diào)間隙的麻煩.
采用能良好潤滑的油料和封閉式的分離軸承,可以免除定期或經(jīng)常加注潤滑油.采用能自動調(diào)整并消除間隙的結(jié)構(gòu),就無需對它進行經(jīng)常性的保養(yǎng).合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)參數(shù),是保證離合器可靠使用的關(guān)鍵因素之一,設(shè)計時應(yīng)允許予以重視.但是一些零件在使用過程中達到一定里程后進行維修更換還是必需的、正常的.這些零件主要是摩擦片、從動盤轂、分離軸承、分離套筒和其他一些分離機構(gòu)零件.
環(huán)境保護的要求是,希望離合器工作時不產(chǎn)生有害的粉塵和不良?xì)馕?因為要求車身或飛輪外殼全封閉是不可能的,也是不恰當(dāng)?shù)?因此只能從離合器上著手解決.離合器粉塵來源于從動盤總成摩擦片的磨損.以石棉基為原料的摩擦材料,其粉塵特別有害人體健康,應(yīng)避免使用.
高的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)指的是具有高性能質(zhì)量的離合器且有相對便宜的價格.這主要由結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝和生產(chǎn)組織管理等方面予以保證;減少零件數(shù)目,采用通用化、系統(tǒng)化設(shè)計和大批量生產(chǎn),都有利于提高離合器的技術(shù)指標(biāo).在這一領(lǐng)域中還有更廣闊的天空，我們需要繼續(xù)研究和探索，追求更大的發(fā)展.
致謝
非常感謝周琦老師在此次說明書撰寫過程中給了我耐心的指導(dǎo)和幫助，使我的知識更進一步，周老師在設(shè)計過程不斷給予鼓勵，使我能成功的完成實習(xí)任務(wù)，能夠順利的完成設(shè)計說明書。感謝老師無私的幫助！也感謝廠里師兄|、師傅的幫助幫我搞好畢業(yè)設(shè)計，也因為時間匆忙，我的知識不是多到位，一定有許多錯誤的地方，希望各位老師多給些指導(dǎo)。使我獲的更多的知識，為明天的騰飛打下了基礎(chǔ)。在畢業(yè)設(shè)計時，老師的一個個電話使我們感受到老師的關(guān)心，老師的耐心使我們對知識的追求更加迫切。老師的汗水灌出了我們今天的成功，謝謝你們，老師！
參考文獻
[1] .徐石安 江發(fā)潮 《汽車離合器》 北京 清華大學(xué)出版社,2005
[2]. 汽車工程手冊編輯委員會.《汽車工程手冊》 北京:人民交通出版社,2001
[3] .葛安林.《車輛自動變速理論與設(shè)計》.北京:機械工業(yè)出版社,1993
[4]. 中國第一汽車集團公司.《紅旗(中國轎車叢書)》.北京:北京理工大學(xué)出版社,1998
[5] 張洪欣.《汽車設(shè)計》.北京:機械工業(yè)出版社,1995
[6]. 劉惟信.《機械最優(yōu)化設(shè)計》.北京:清華大學(xué)出版社,1994
[7] 嚴(yán)運兵《機械自動變速器在專用汽車上的應(yīng)用前景》專用汽車，2001
[8] 雷龍雨《提高電控機械式自動變速器性能的研究》吉林工業(yè)大學(xué)，1998
[9] 雷龍雨，李永軍等《機械機械式自動變速器起步過程控制》機械工程學(xué)報，2000
[10] 朱燕生《常用機械零件及機構(gòu)優(yōu)化設(shè)計程序庫——原理與使用說明》北京：機械工業(yè)出版社，1987
收藏