机械毕业设计（论文）-拉式膜片弹簧离合器结构设计【全套图纸】 .pdf

哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 摘 要 离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接 与发动机相连接的总成，离合器在传递发动机力矩时起着至关重要的作用，本次 设计抛弃传统推式膜片弹簧离合器，设计拉式膜片弹簧离合器，首先考虑各种因 素对各个零部件进行选材选择尺寸。然后进行离合器的结构设计，最后对一些常 用零部件进行优化和校核，主要优化的零部件有摩擦片、膜片弹簧、减震弹簧、 从动盘毂等等。 本设计分析了本设计所要采用的的膜片弹簧离合器，对膜片弹簧离合器进行 了分类，阐述了膜片弹簧离合器的原理和组成，及其特性。通过详细的推导过程 积累了大量的数据，并成功的绘制出了膜片弹簧离合器的成品图。在计算中，首 先确定摩擦片外径尺寸，然后根据该尺寸对其他部件总成进行了计算和设计。通 过计算校核摩擦片外径尺寸，计算选择出其他部件的外形尺寸，再对其进行校 核，确定是否能达到设计要求。设计包括对从动盘总成的设计校核，对压盘的设 计校核，对离合器盖的设计校核及离合器盖的设计校核和优化。具体设计计算了 摩擦片、扭转减振器、膜片弹簧、压盘、离合器盖、传动片等多个部件总成 关键字：汽车；发动机；离合器；拉式膜片弹簧；优化校核 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) abstract in the mechanical clutch transmission lines as an independent assembly and the existence, it is the automotive power train and engine directly connected to the assembly, the clutch in the transmission of engine torque when it plays a vital role in this design to abandon the traditional push - clutch diaphragm spring, pull- designed clutch diaphragm spring, first of all to consider the various factors on the choice of material for various parts size. and then proceed to the structural design of the clutch, the last of a number of common parts and optimize verification, and optimization of the main parts of the film there is friction, diaphragm spring, spring damping, wheel driven disk, and so on, and some of the key components to this article a certain amount of analysis. analysis of the design the diaphragm spring clutch to be used in this design,the diaphragm spring clutch is classified,and expounds the principle and composition of the diaphragm spring clutch, and its characteristics. through the detailed derivation of the accumulation of a large number of data, and successfully mapped the diaphragm spring clutch refined graph. in the calculation, first determine the friction plate diameter size, then the size of the other components assembly were calculated and designed according to. through the calculation of the friction plate diameter size, calculated choice of dimensions of other parts, then carries on the check, to determine whether can meet the design requirements. the design includes the design of check of the driven disc assembly, design check of the pressure plate, the design verification and optimization design verification and clutch clutch cover cover. the friction plate, torsional damper, diaphragm spring, pressure plate, clutch cover, transmission and a plurality of parts assembly of the calculation of the specific design. 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) i 目 录 第第 1 章章 绪绪 论论 . 1 1.1 离合器的发展史 . 1 1.2 离合器概述 . 1 1.3 离合器的功用 . 3 1.4 汽车离合器应满足的要求 . 4 1.5 离合器的工作原理 . 5 1.6 拉式膜片弹簧离合器的优点 . 6 1.7 设计的预期成果 . 6 第第 2 章章 离合器的结构选择与论证离合器的结构选择与论证 7 2.1 摩擦片的选择 . 7 2.2 弹簧布置形式的选择 . 7 2.3 压盘的驱动方式 . 8 2.4 分离杠杆、分离轴承 . 8 2.5 离合器的散热通风 . 8 2.6 从动盘的总成 . 9 2.7 摩擦片要求 . 9 2.8 从动盘的轴向弹性 . 9 2.9 扭转减震器 . 9 第第 3 章章 离合器主要零件的设计离合器主要零件的设计 11 3.1 离合器机构设计要点 11 3.2 从动盘 11 3.3 摩擦片 11 3.4 膜片弹簧 12 3.5 压盘 12 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) ii 3.6 离合器盖 12 3.7 本章小结 12 第第 4 章章 离合器的设计计算及说明离合器的设计计算及说明 14 4.1 离合器设计所需数据 14 4.2 摩擦片主要参数的选择 14 4.3 摩擦片基本参数的优化 17 4.4 膜片弹簧主要参数的选择 17 4.5 膜片弹簧的应力计算 18 4.6 扭转减振器设计 21 4.7 减振弹簧的设计 21 4.8 从动轴的计算 22 4.9 从动盘毂设计 23 4.10 从动片设计 . 24 4.11 压盘设计 . 24 4.12 分离轴承的寿命计算 . 25 4.13 本章小结 . 25 结结 论论 26 致致 谢谢 27 参考文献参考文献 28 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 1 第 1 章 绪 论 1.1 离合器的发展史 近年来各个国家政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度 展明显比其它工业要快的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发水平的标 志。 对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在， 它是汽车传动系中直接与发动机相连接听总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦 式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。在早期 研发的离合器中，锥形离合器最为成功。现今所用的盘片式离合器的先驱是多片 盘式离合器，它是直到 1925 年以后才出现的。20 世纪 20 年代末，直到进入 30 年代时，只有工程车辆、赛车和大功率的轿车上才采用多片离合器。多年的实践 经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式离合器。近来，人们对离合 器的要求越来越高，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离 合器结构发展，传统的操纵形式的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提 高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转 矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 随着汽车发动机转速、功率不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离 合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧 离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动 操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的 高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。随 着计算机的发展，设计工作已从手工转向电脑，包括计算、性能演示、计算机绘 图、制成后的故障统计等等。 1.2 离合器概述 按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合 器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分 离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动 力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 2 证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传动系过载。 为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器， 摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以 及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离 合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长， 结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以 下优点 1： （1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时减少震动、冲击； （2）离合器分离彻底； （3）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击； （4）散热性能好； （5）高速回转时只有可靠强度； （6）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力； （7）操纵轻便； （8）工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）； （9）使用寿命长。 现代汽车摩擦离合器在设计中应根据车型的类别，使用要求，与发动机的匹 配要求，制造条件以及标准化、通用化、系列化要求等，合理地选择离合器总成 的结构和有关组件的结构，现分述如下 2： (1)从动盘数及干、湿式的选择 单片干式摩擦离合器 其结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散 热性好，采用轴向有弹性的从动盘时也能接合平顺。因此，广泛用于各级轿车及 微、轻、中型客车与货车上，在发动机转矩不大于1000nm的大型客车和重型货 车上也有所推广。当转矩更大时可采用双片离合器。 双片干式摩擦离合器 与单片离合器相比，由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大，接合也更平 顺、柔和；在传递相同转矩的情况下，其径向尺寸较小，踏板力较小。但轴向尺 寸加大且结构复杂；中间压盘的通风散热性差易引起过热而加快摩擦片的磨损甚 至烧伤碎裂；分离行程大，调整不当分离也不易彻底；从动件转动惯量大易使换 档困难等。仅用于传递的转矩大且径向尺寸受到限制时。 多片湿式离合器 摩擦面更多，接合更加平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损小。但分 离行程大、分离也不易彻底，特别是在冬季油液粘度增大时；轴向尺寸大；从动 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 3 部分的转动惯量大，故过去未得到推广。近年来，由于多片湿式离合器在技术方 面的不断完善，重型车上又有采用，并有不断增加的趋势。因为它采用油泵对摩 擦表面强制冷却，使起步时即使长时间打滑也不会过热，起步性能好，据称其使 用寿命可较干式高出56倍。 (2)从动盘的结构型式 简单的从动盘由从动片、摩擦片及从动盘毂铆接而成，其结构简单、质量 小，有时用于重型汽车尤其是双片离合器中。 采用带扭转减振器的从动盘是发展趋势，轿车均采用之。这时，从动片与花键毂 间通过减振弹簧相联，具有切向弹性以消除高频共振并起缓冲作用，在从动片、 花键毂与减振盘问有减振摩擦片，装碟形垫片作弹性夹紧后起摩擦阻尼作用，并 使阻尼力矩保持稳定，以吸收部分能量、衰减低频振动。扭转减振器按发动机及 传动系专门设计并经试验修正，则可得到最佳减振、降噪效果。线性弹性特性的 扭转减振器，减振弹簧由一组圆柱螺旋弹簧组成，常用于汽油机汽车。柴油机怠 速旋转不均匀度较大，会引起变速器常啮合齿轮间的敲击。采用二或三级非线性 扭转减振器并使第一级减振弹簧组的刚度小，可缓和柴油机怠速不平稳及消除变 速器怠速噪声。 为了使离合器接合平顺，从动片尤其是单片离合器的从动片，一般都使其具 有轴向弹性。最简单的方法是在从动片上开t 形槽，外缘形成许多扇形，并将它 们冲压成依次向不同方 向弯曲的波浪形。两边的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形片上。在离合器接 合时，从动片被压紧，弯曲的波浪形扇形部分被逐渐压平，使从动盘上的压力和 传递的转矩逐渐增大，故接片是由同一模具冲制，故其刚度比较一致；由于波形 弹簧是采用比从动片更薄的钢板(厚度仅为0.7mm)，故这种结构容易得到更小的 转动惯量，这些方面都优于整体式结构。上述两种结构尤其是后一种多为轿车所 采用。 在载货汽车上常采用一种所谓组合式从动片。这种结构在靠近压盘一侧的从 动片上铆着波形弹簧片，摩擦片则铆在波形弹簧片上，而靠近飞轮一侧的摩擦片 则直接铆在从动片上。其转动惯量较大，但对于要求刚度较高、外形稳定性较好 的大型从动片来说，这种结构也是可以采用的。当载货汽车离合器的直径小于 380mm 时，则从动片仍可采用前两种结构。合平顺柔和。这种切槽有利于减少从 动片的翘曲。其缺点是很难保证每片扇形部分的刚度完全一致。分开式结构中， 波形弹簧片与从动片分别冲压成型后铆在一起。 1.3 离合器的功用 离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，现代 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 4 车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加 载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为 300500r/min，而汽车 则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是 不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒 动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一 起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静 止开始缓慢地平稳起步了。 虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空 档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和 变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖 转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系， 发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动 系的联系，以便于发动机起动。 汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和 进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但 如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握， 使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差 异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使 与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。离合 器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的 惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作 用。 1.4 汽车离合器应满足的要求 根据离合器的功用，它应满足下列主要要求 3： （1）能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。为此，离合器 的摩擦力矩（ c t ）应大于发动机最大扭矩（ maxe t）； （2）接合平顺、柔和。即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免 汽车起步冲撞或抖动； （3）分离迅速、彻底。换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续 有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声； （4）从动盘的转动惯量小。离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质 量就只有离合器的从动盘。减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低； （5）具有吸收振动、噪声和冲击的能力； 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 5 （6）散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打 滑； （7）操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。尤其是对城市行驶的轿车和公共汽 车，非常重要； （8）摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围 内，要能通过调整，使离合器正常工作。 1.5 离合器的工作原理 如图 1- 1 所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和 操纵机构四部分组成。 离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮 2 和压盘借摩擦作 用传给从动盘 3，在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆， 分离叉、分离套筒和分离轴承 8，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的 中间是以离合器盖 5 上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧 的力量拉动压盘向左，这样，从动盘 3 两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动 机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服 各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向 右，仍将从动盘 3 压紧在飞轮上 2，这样发动机的扭矩又传入变速器。 1- 轴承 2- 飞轮 3- 从动盘 4- 压盘 5- 离合器盖螺栓 6- 离合器盖 7- 膜片弹簧 8- 分离轴承 9- 轴 图 1- 1 离合器总成 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 6 1.6 拉式膜片弹簧离合器的优点 与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件， 并不用支承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量 更少；拉式膜片弹簧是中部与压盘相压在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大 的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增大踏板力，在传递相同 的转矩时，可采用尺寸较小的结构；在接合或分离状态下，离合器盖的变形量 小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆比大于推式的杠杆比，且中间支承减少 了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更轻便，拉式的踏板力比推式的一般可减 少约%30%25；无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合 器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不 会产生冲击和哭声；使用寿命更长。 1.7 设计的预期成果 本次设计，我将取得如下成果：1、设计说明书：（1）离合器各零件的结 构；（2）离合器主要参数的选择与优化；（3）膜片弹簧的计算与优化；2、图 纸有：摩擦片、膜片弹簧、压盘、离合器总成、从动盘总成。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 7 第 2 章 离合器的结构选择与论证 2.1 摩擦片的选择 单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分 转动惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、 小型货车，因此该设计选择单片离合器。摩擦片数为 2。 2.2 弹簧布置形式的选择 离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式 等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片 弹簧与其他几类相比又有以下几个优点 4： （1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保 证大致不变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分 离时，弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力； （2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺 寸小，零件数目少，质量小； （3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显 下降； （4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨 损均匀，可提高使用寿命； （5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生产，降低制造成本。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特 性在生产中不易控制，开口处容易产生裂纹，端部容易磨损。近年来，由于材料 性能的提高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因 此，我选用膜片弹簧式离合器。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 8 2.3 压盘的驱动方式 在膜片弹簧离合器中，扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种 5： （1）凸台窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔 内，通过二者的配合，将扭矩从离合器盖传到压盘上，此方式结构简单，应用较 多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦，因而接触部分容易产生分离 不彻底。 （2）径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘 连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，但它没有相对滑动 部分，因而不存在磨损，同时踏板力也需要的小一些，操纵方便；另外，工作时 压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化，因此离合器盖等旋转物件不会失去平 衡而产生异常振动和噪声。 （3） 径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接 在一起，除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外，其他的结构特征都与径向 传动驱动方式相同。经比较，我选择径向传动驱动片方式。 2.4 分离杠杆、分离轴承 分离杠杆的作用由膜片弹簧承担，其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的 推力并拉动压盘移动，从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离，截断动力 的传递，分离杠杆要具有足够的强度和刚度以承受反复作用在其上面的弯曲应 力，分离轴承的作用是通过分离叉的作用使分离轴承沿变速器前端盖导向套作轴 向移动，推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端，使离合器起到分离作用。分离本 次设计选用的是油封轴承，它可以将润滑脂密封在轴承壳内，使用中不需要增加 润滑，相比供油式轴承则需增加。 2.5 离合器的散热通风 试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超 过200180c 时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的 瞬时温度一般在180c 以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能 达到 1000c。过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度 不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风 好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合 器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 9 离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果， 故不需作另外设置。 2.6 从动盘的总成 从动盘总成由摩擦片，从动片，减震器和从动盘穀等组成。它虽然对离合器 工作性能影响很大的构件，但是其工作寿命薄弱，因此在结构和材料上的选择是 设计的重点。从动盘总成应满足如下设计要求 6： （1）转动惯量要小，以减小变速器换档时轮齿简单冲击； （2）应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力 均匀，减小磨损。 （3）应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 2.7 摩擦片要求 摩擦系数稳定、工作温度、单位压力的变化对其影响要小，有足够的机械强 度和耐磨性；热稳定性好，磨合性好，密度小；有利于结合平顺，长期停放离合 器摩擦片不会粘着现象的。综上所述，选择石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石 棉或石棉织物、粘结剂（树脂或硅胶）和特种添加剂热压制成，其摩擦系数为 0.250.3，密度小，价格便宜，多年来在汽车离合器上使用效果良好。 同时，摩擦片从动钢片用铆钉连接，连接可靠，更换摩擦片方便，而且适宜在从 动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。 2.8 从动盘的轴向弹性 从动盘的轴向弹性可改善离合器性能，使离合器接合柔和，摩擦面接触均 匀，磨损较小。为使从动盘有轴向弹性，单独制造扇形波状弹簧与从动钢片铆 接。波状弹簧可用比钢片轻薄的材料制造，轴向弹性较好，转动惯量小，适宜高 速旋转，且弹簧对置分布，弹性好。因此设计中选用此类弹簧。 2.9 扭转减震器 扭转减震器几乎是现代汽车离合器从动盘上必备的部件，主要由弹性元件和 阻尼元件组成。弹性元件可降低传动系的首端扭转刚度，从而降低传动系扭转系 统的某阶固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避免由发动机转矩主谐量 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 10 激励引起的共振。但是,这种共振往往难以避免。汽车行驶在不平的道路上行驶 阻力也会时刻变化。当由于路面不平引起的激力频率与传动系的某阶自振频率重 合时，也会发生共振现象。阻尼元件则可有效的耗散此时的振动能量，因而扭转 减震器可有效地降低传动系共振载荷与噪声。扭转减震器的弹性特性，又线性和 非线性两种。弹性元件采用圆柱螺旋弹簧的减震器，其弹性特点为线性。阻尼元 件采用摩擦片通过碟形弹簧建立阻尼默片的正应力，其阻尼力矩比较稳定。因此 发动机的扭矩实际上是通过一些弹性元件传递到传动系的。 摩擦式扭转减震器工作原理：离合器工作时，扭矩从摩擦片传给从动钢片再 传给从动盘毂，此时弹簧被压缩，从动钢片相对从动盘毂前移（从动毂边缘上的 缺口控制着钢片与毂的最大位移） 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 11 第 3 章 离合器主要零件的设计 3.1 离合器机构设计要点 在进行离合器的具体设计时，首先应保证传递发动机最大扭矩为前提，然满 足下列条件 7： （1）离合器主动部分与从动部分的连接和支撑形式，离合器的主动部分包 括飞轮，离合器盖与他们一起转动并能轴向移动的压盘，压盘通过钢片与离合器 盖相连，离合器从动部分有从动盘，从动轴，从动轴装在飞轮与压盘之间，可在 从动轴花键上滑动，设计时把离合器从动轴的前轴承安装在发动机曲轴的中心孔 内。 （2）离合器从动轴的轴向定位及轴承润滑，离合器从动轴在安装后应保持 轴向定位，在拆卸时便于离合器中抽出来。因此，设计时使从动轴前轴承外圆与 飞轮为过渡配合，而前轴承内圈与从动轴为间隙配合，离合器的从动轴轴向定位 是靠从动轴后轴承来保证的。离合器分离轴承靠注入黄油润滑的，而从动轴前轴 承靠油杯定期注入润滑。 为防止润滑油流到摩擦衬面，造成离合器打滑，除在 轴承处安有自紧油封外，还在飞轮上开泄油孔。 （3）离合器运动零件的限位，离合器处于接合时为使压盘与摩擦片很好接 合，应使分离弹簧与分离轴承之间保持一定间隙，这是分离轴承回位弹簧加以保 证。分离时，应对踏板的最大行程加以限制。 3.2 从动盘 扇形波状弹簧两两对置铆接与从动钢片上，两侧在铆接摩擦片，铆钉都采用 铝制埋头铆钉，摩擦衬面在铆接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度误差小于 0.2mm，从动盘本体采用 45 号钢冲压加工得到，为防止其弯曲变形而引起分离不 彻底，一般在从动盘本体上设径向切口。 3.3 摩擦片 摩擦片在性能上要满足如下要求 8： （1）摩擦系数稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的影响； 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 12 （2）具有足够的机械强度和耐磨性，热稳定性好； （3）有利于接合平顺； （4）摩擦片选用材料为石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉织物、粘结剂 和特种添加剂热压而成，其摩擦系数为35. 02 . 0。石棉基摩擦材料密度小，工作 温度小于 180，价格便宜，使用效果良好，在汽车离合器中广泛使用。 3.4 膜片弹簧 膜片弹簧使用优质高精质钢。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料为 60simna。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行调质处理，得具有 高抗疲劳能力的回火索氏体。要防止膜片内缘离开，同时对膜片弹簧进行强压处 理（将弹簧压平并保持1412小时），使其高压力区产生塑性变形以产生残余反 向应力，对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理，喷丸是 0.8 的白口铁小丸， 可提 高弹簧的疲劳寿命。同时，为提高分离指的耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀 铬。采用乳白镀铬，若膜片弹簧许用应力可取为 15001700n/mm2。 3.5 压盘 压盘的材料选用 ht20- 40 铸造制成。它要有一定的质量和刚度，以保证足够 的热容量和防止温度升高而产生的弯曲变形。压盘应与飞轮保持良好的对中，并 进行静平衡。压盘的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于 0.8。压盘壳用 m812mm 螺栓将其一端固定在飞轮端面上，另一端固定在压盘端面上。 3.6 离合器盖 离合器盖的膜片弹簧支撑处须具有较大的刚度和较高的尺寸精度，压盘高度 （丛承压点到摩擦面的距离）公差要小，支撑环和支撑铆钉的安装尺寸精度要 高，耐磨性好，膜片弹簧的支撑形式采用铆钉作支承时，如果分离轴承与曲 轴中心线不同心，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度的套筒和支承与曲 轴中心线不同心，亦可引起铆钉的过度。提高铆钉硬度的套筒和支承圈是提高耐 磨性的结构措施，采用 10 钢材材料、hrc40- 50。 3.7 本章小结 本章系统介绍了膜片弹簧离合器的结构，并讲述了离合器各零件的结构和材 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 13 料，以及各部分的连接关系，为下章离合器的计算打下基础。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 14 第 4 章 离合器的设计计算及说明 4.1 离合器设计所需数据 所需数据如表 4- 1 所示： 表 4- 1 离合器原始数据 4.2 摩擦片主要参数的选择 采用单片摩擦离合器是利用摩擦来传递发动机扭矩的，为保证可靠度，离合 器静摩擦力矩 c t 应大于发动机最大扭矩 maxe t 9 摩擦片的静压力： maxec tt=b (4- 1) 式中 b离合器后备系数（1b） 后备系数 是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程 度，选择 时，应从以下几个方面考虑：a. 摩擦片在使用中有一定磨损后，离合 器还能确保传递发动机最大扭矩；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够 防止传动系过载。取值范围如表 4- 2 所示，通常轿车和轻型货车 =1.21.75。结 合设计实际情况，故选择 =1.5。 摩擦片的外径可有式: maxed tkd = 汽车驱动形式 42 发动机最大扭矩 83 nm 汽车最大加载质量 1500 kg 离合器型式 机械、干式、单片、 膜片弹簧（拉式） 汽车的质量 1065 kg 操纵形式 液压人力操纵 发动机位置 前置 摩擦片最大外径 f=160 发动机最大功率 38.5kw 踏板行程 15080mm 发动机最大转速 5200r/min 汽车最大时速 115 km/h 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 15 表 4- 2 离合器后备系数的取值范围 车型 后备系数 乘用车及最大总质量小于 6t 的商用车 1.201.75 最大总质量为 614t 的商用车 1.502.25 挂车 1.804.00 摩擦片的外径可有式: maxed tkd = (4- 2) d k为直径系数，取值见表 4- 3 取 k=17 得 d=155 查 4.3 表取 160 表 4- 3 直径系数的取值范围 车型 直径系数 d k 乘用车 14.6 最大总质量为 1.814.0t 的商用车 16.018.5(单片离合器) 13.515.0(双片离合器) 最大总质量大于 14.0t 的商用车 22.524.0 摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如表 4- 4(部分): 表 4- 4 离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径 dmm 160 180 200 225 250 280 300 325 内径 dmm 110 125 140 150 155 165 175 190 厚度/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3 1c- 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 ddc = 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 单面面积 cm2 106 132 160 221 302 402 466 546 摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及基工作温度、单位压力和滑磨 速度等因素。可由表 4- 5 查得： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 16 面数 z 为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结 构尺寸。本题目设计单片离合器，因此 z=2。离合器间隙 t 是指离合器处于正常 接合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为保证摩擦片正 常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的 间隙。该间隙 t 一般为 34mm。取 t=4mm。 表 4- 5 摩擦材料的摩擦因数的取值范围 摩擦材料 摩擦因数f 石棉基材料 模压 0.200.25 编织 0.250.35 粉末冶金材料 铜基 0.250.35 铁基 0.300.50 金属陶瓷材料 0.4 合器的静摩擦力矩为： cc ffzrt = (4- 3) 与式（4- 1）联立得： () 3 3 max 1 12 cfzd te -p b (4- 4) 代入数据得：单位压力23. 0 0 =pmpa。 取值范围如表 4- 6 所示 表 4- 6 摩擦片单位压力的取值范围 摩擦片材料 单位压力 0 p/mpa 石棉基材料模压 0.150.25 石棉基材料编织 0.250.35 粉末冶金材料铜基 0.350.50 粉末冶金材料铁基 0.300.50 金属陶瓷材料 0.701.50 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 17 4.3 摩擦片基本参数的优化 （1）摩擦片外径 d（mm）的选取应使最大圆周速度 0 v 不超过 6570m/s，即 54.4310225 60 10 60 33 max = - pp dnv ed 7065m/s 式中， 0 v 为摩擦片最大圆周速度（m/s）； maxe n为发动机最高转速(r/min)。 （2）摩擦片的内、外径比 c应在 0.530.70 范围内，即 7 . 068. 053. 0 =c （3）为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车 型的 值应在一定范围内，最大范围为 1.24.0。 （4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径 d 必须大于减振器振器弹簧位 置直径 0 2r ，即502 0 + rdmm 4.4 膜片弹簧主要参数的选择 （1） 比较 h/h 的选择 此值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，分析式（4- 10）中载荷与变形 1 之间 的函数关系可知，当2hh时，f1有一极大值和极小值；当2=hh时，f1极 小值在横坐标上，见图 4- 1。 1- 2/ 取 117=r则164=rmm。 （3） 圆锥底角 汽车膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角 一般在159范围内，本设计中 ()()rrhrrh-=arctana 得=10a在159之间，合格。分离指数常取为 18，大尺寸膜片弹簧有取 24 的，对于小尺寸膜片弹簧，也有取 12 的，本设计所 取分离指数为 18。 （4） 切槽宽度 5 . 32 . 3 1 =dmm，109 2 =dmm，取3 1 =dmm，10 2 =dmm， e r 应满足 2 d- e rr的要求。 （5） 压盘加载点半径 1 r和支承环加载点半径 1 r的确定 1 r应略大于且尽量接近 r， 1 r应略小于 r 且尽量接近 r。本设计取163 1 =rmm， 112 1 =rmm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。 国内常用的碟簧材料的为 60sizmna，当量应力可取为 16001700n/mm2。 （6） 公差与精度 离合器盖的膜片弹簧支承处，要具有大的刚度和高的尺寸精度，压力盘高度 （从承压点到摩擦面的距离）公差要小，支承环和支承铆钉安装尺寸精度要高， 耐磨性要好。 4.5 膜片弹簧的应力计算 假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点 o 转 动（图 4- 2）。断面在 o 点沿圆周方向的切向应变为零，故该点的切向应力为零， o 点以外的点均存在切向应变和切向应力。现选定坐标于子午断面，使坐标原点位 于中性点 o。令 x 轴平行于子午断面的上下边，其方向如上图所示，则断面上任 意点的切向应力为： 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 19 () xe y2/x 1 e 2 t + f-f-af m- =s （4- 5） 图 4- 2 膜片弹簧工作点置 式中 f碟簧部分子午断面的转角（从自由状态算起） a碟簧部分子有状态时的圆锥底角 e碟簧部分子午断面内中性点的半径 )ln( e r r rr- = （4- 6） 为了分析断面中断向应力的分布规律，将（3- 6）式写成 y 与 x 轴的关系式： ()() ff am- - am- - f -a= e e1 x e 1 2 y t 2 t 2 t （4- 7） 图 4- 3 切向应力在子午断面的分布 由上式可知，当膜片弹簧变形位置 一定时，一定的切向应力 t在 x- y 坐标 系里呈线性分布。 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 20 当0 t =a时x) 2 (y j -a=，因为) 2 ( j -a的值很小，我们可以将) 2 ( j a-看成 ) 2 (tg j -a，由上式可写成x) 2 (tgy j -a=。此式表明，对于一定的零应力分布在中 性点 o 而与 x 轴承) 2 ( j -a角的直线上。从式（3.6）可以看出当ex-=时无论取 任何值，都有e ) 2 (y j -a-=。显然，零应力直线为 k 点与 o 点的连线，在零应力 直线内侧为压应力区，外侧位拉应力区，等应力直线离应力直线越远，其应力越 高。由此可知，碟簧部分内缘点 b 处切向压应力最大，a 处切向拉应力最大，分 析表明，b 点的切向应力最大，计算膜片弹簧的应力只需校核 b 处应力就可以 了，将 b 点的坐标 x=（e- r）和 y=h/2 代入（4- 8）式有： () () 222 1 2 2 jj m s + - - - - = hdrere r e tb （4- 8） 令0 d bd t = j s 可以求出切向压应力达极大值的转角 ()re2 h p - +a=j 由于： 55.105 )94/118ln( 94118 )ln( = - = - = rr rr emm 所以： 38. 0= p j，- 2047.39= tb sn/mm2 b 点作为分离指根部的一点，在分离轴承推力 f2作用下还受有弯曲应力： () 2 r 2f rb hbn frr6 - =s （4- 9） 式中 n 分离指数目 n=18 br单个分离指的根部宽 5 .12 18 322 18 2 0 = = pp r brmm 因此： 80.689= rb sn/mm2 由于 rb是与切向压应力 tb垂直的拉应力，所以根据最大剪应力强度理论，b 点的当量应力为： 59.135739.204780.689-=-=-= tbrbbj sssn/mm2 1700= rdmm，得 0 r 取 32mm，则618. 0 2 0 = d r 2全部减振弹簧总的工作负荷 z p 3750 1 =rtp jz n 3单个减振弹簧的工作负荷p 5 .937=zpp z n 式中 z 为减振弹簧的个数，按表 4- 7 选择：取 z=4 表 4- 7 减振弹簧个数的选取 摩擦片的外径 d/mm 225250 250325 325350 350 z 46 68 810 10 4减振弹簧尺寸 弹簧钢丝直径 2 3 1 8pd d p t = (4- 10) 带入数据约等于 4 ，式中许应力可取 550- 600mpa 通常 d=3- 4 哈尔滨石油学院本科生毕业设计(论文) 22 强度计算 4 8 2 = tp ckf d j mm，与原来的 d 接近，合格。 中径 11 2 =cddmm；外径 20 2 =+=dddmm 减振弹簧的有效圈数： c g d d 3 2 4 1 8 （4- 11） 式中 g 为材料的扭转弹性模数，对钢g=83000n/mm2，代入数值，得i=4.086。减 振弹簧的总圈数 ()1.52ni= +=5.98。 弹簧的最小高度 16 min =dnlmm 减振弹簧的总变形量 06. 2 =dkp l mm 减振弹簧的自由高度 18 min0 =d+= l llmm 减振弹簧预紧变形量 5 . 0 0 1 = kzr t l m mm 减振弹簧的安装高度 5 . 17 10 =-=lllmm 4.8 从动轴的计算 1选材 40cr 调质钢用载荷较大而无很大冲击的重要轴，初选 40cr 调质 。 2确定轴的直径 3 npad 式中，a 为由材料与受载情况决定的系数，见表 4- 8： 表 4- 8 轴常用几种材料的 t及 a 值 轴的材料 q235-a，20 q275，35 （1cr18ni9ti） 45 40cr,35simn 38simnmo,3cr13 a mp/t 1525 2035 2545 3556 a 149126 135112 126103 11297 取100=a，