带摩擦片厚度报警器的轻型汽车拉式膜片弹簧离合器设计

摘 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载，有效的降低传动系统中的振动和噪声。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。 离合器在机械传动系统中是作为一个独立的总成而存在的，它是汽车传动系统中直接与发动机相连的总成。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置，它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构等四部分。 此设计说明书详细的说明了带摩擦片厚度报警器的轻型汽车拉式膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。根据拉式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用传统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构，通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为摩擦片外径的确定，离合器后备系数的确定，单位压力的确定，并进行了总成设计主要为：压盘的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和膜片弹簧的设计等。关键字：离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片Abstract The clutch is an important component of the car transmission and main function is to cut and realize engine power transmission system,ensure the smooth start,car transmission system shift work smoothly and limit when the maximum transmission system to prevent transmission torque,overload,Reducing effectively the transmission of the vibration and noise.Diaphragm spring clutch is in recent years in cars and light bus widely adopted a clutch,its large capacity of torque and stability,convenient operation,symmetrical,also can produce,for it has become more and more important. The clutch in mechanical transmission is as an independent assembly and exist,it is the car transmission directly connected with the engine of the assembly.At present,all kinds of automotive friction clutch is widely used on a moving part of the friction between the subordinate to transfer power and can separate devices.It mainly includes active part,a follower,compaction institutions,and manipulate agencies four parts. This design specification detailed descriptions of the diaphragm spring clutch light auto structure form,and calculate the parameter selection process with the annunciator of the friction disk thickness.According to pull the diaphragm spring clutch working principle and use by systematic design method,the clutch is divided into active part,and control mechanisms,driven part.Based on the principle of each part design scheme and the advantages and disadvantages of comparison,the relevant parts of the basic structure and its parts manufacturing materials.According to the using conditions and parameters of vehicles,vehicle in accordance with the clutch system design steps and requirement,the following main design parameters related work:choice for friction slices of diameter D ,clutch backup coefficient of beta ,unit of pressure .And the assembly design mainly for:the pressure plate design,and driven plate design(platen hub design)and the diaphragm spring design etc.Key words:clutch;Diaphragm spring;Platen;The pressure plate;Friction slices目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 离合器概述11.2 离合器的功用11.3 离合器的工作原理21.4 膜片弹簧离合器概述31.5 拉式膜片弹簧离合器的优点4第2章 离合器结构方案选取12.1 离合器车型的选定12.2 离合器设计的基本要求12.3 离合器结构设计12.3.1 摩擦片的选择12.3.2 压紧弹簧布置形式的选择22.3.3 压盘的驱动方式22.3.4 离合器的散热通风32.4 摩擦片厚度报警器3第3章 离合器基本结构参数的确定43.1 摩擦片主要参数的选择43.2 离合器后备系数的确定53.3 单位压力的确定53.4 摩擦片基本参数的优化6第4章 离合器从动盘设计94.1 从动盘结构介绍94.2 从动盘设计104.2.1 从动片的选择和设计104.2.2 从动盘毂的设计114.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的紧固方式12第5章 离合器压盘设计135.1 压盘的传力方式的选择135.2 压盘的几何尺寸的确定135.3 压盘传动片的材料选择135.4 离合器盖的设计145.5 传力片的设计及强度校核14第6章 离合器分离装置设计166.1 分离杆的设计166.2 离合器分离套筒和分离轴承的设计16第7章 离合器膜片弹簧设计187.1 膜片弹簧的结构特点187.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式187.3 膜片弹簧的参数尺寸确定197.3.1 比值的选取197.3.2 及确定197.3.3 膜片弹簧起始圆锥底角207.3.4 膜片弹簧小端半径及分离轴承的作用半径207.3.5 分离指数目、切槽宽、窗孔槽宽及半径207.3.6 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定217.3.7 公差与精度217.4 膜片弹簧的优化设计21第8章 扭转减震器设计258.1 扭转减震器概述258.2 扭转减震器参数25结 论29致 谢30参考文献31IV 第1章 绪论1.1 离合器概述 离合器是汽车传动系统中直接与发动机相连接的部件。按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一总成。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1。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。 1.2 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。现代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,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2。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，如果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能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，但如果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，这样即可以减小挂档冲击以便于换档。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。1.3 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、压紧机构和操纵机构四部分组成。图1.1 离合器总成离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮3和压盘14借摩擦作用传给从动盘，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17和分离轴承16，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20上的支柱为支点，而外端与压盘14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，仍将从动盘压紧在飞轮上，这样发动机的扭矩又传入变速器。1.4 膜片弹簧离合器概述膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减小，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹簧离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降，那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义3。作为压紧弹簧的所有膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而且其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎扁平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减小，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为802000、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达2832t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化、零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。1.5 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，且中间支承减小了摩擦损失，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25%30%；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4。1离合器结构方案选取2.1 离合器车型的选定基本参数如下：整车质量（）： 最大转矩（）： 最高转速（）： 一档传动比（）： 主减速比（）： 轮胎规格： 2.2 离合器设计的基本要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足以下要求5：1) 在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。2) 接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。3) 分离要迅速、彻底。4) 从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档和减小同步器的磨损。5) 具有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。6) 应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。7) 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。8) 作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化尽可能小，以保证有稳定的工作性能。9) 具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。10) 结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。2.3 离合器结构设计2.3.1 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，所以被广泛使用与轿车和中、小型货车。因此本设计选择单片离合器。2.3.2 压紧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：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。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) 由于膜片弹簧大端面环形与压盘接触，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，膜片弹簧的执照已日趋成熟6。因此，我选用膜片弹簧式离合器，材料选取为。2.3.3 压盘的驱动方式压盘的驱动形式主要有凸块窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式等多种。前三种的共同缺点是在连接件之间都有间隙，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。弹性传动片式是近年来广泛采用的驱动形式，沿圆周切向布置得三组或四组薄弹簧传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺钉联结，传动片的弹性允许其轴向移动。当发动机驱动时，传动片受拉，当拖动发动机时，传动片受压。弹性传动片驱动方式的结构简单，压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，工作可靠，寿命长。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS。也有少数采用合金压铸件。故而，压盘的驱动方式选择弹性传动片式，材料选用HT200。2.3.4 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180200时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器压盘工作表面的瞬时温度一般在180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1000。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：在压盘上设置散热筋，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7。2.4 摩擦片厚度报警器离合器是靠摩擦力来传递动力的。离合器的摩擦片也由于摩擦而不断磨损，当摩擦片磨损到一定程度后，就需要对其进行处理或更换摩擦片。但是摩擦片是安装在离合器内的，很难及时处理或更换已磨损了的摩擦片。所以需要一个报警器来及时提醒驾驶员更换已磨损到了一定程度的摩擦片。鉴于以上情况，应该在离合器内安装摩擦片厚度报警器。摩擦片厚度报警器的工作原理很简单，当摩擦片被磨薄到一定程度的时候，压盘会向飞轮方向移动，在压盘上安装的传动片会随着压盘向飞轮方向移动，进而与报警器上的钩子挤压，钩子与感应触手23接合在一起，当钩子被挤压时，感应触手会因拉紧弹簧25的原因被拉起，与传感器24接触，进而实施报警，使驾驶员及时更换摩擦片。第3章 离合器基本结构参数的确定3.1 摩擦片主要参数的选择摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力，可估算出摩擦片外径。摩擦片外径也可以根据发动机最大转矩（）按如下经验公式选用 （31）式中： - 直径系数取值范围见表3.1表3.1 直径系数的取值范围车 型直径系数乘用车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由选车型，则将各参数值代入式后计算得根据离合器摩擦片的标准化8，系列化原则，根据下表3.2表3.2 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB1457-74）外径D/mm160180200225250280300325350内径d/mm110125140150155165175190195厚度h/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54=d/D0.687O.6940.700.6670.5890.5830.5850.5570.5401-0.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.827单位面积a/cm106132160221302402466546678可取：摩擦片相关标准尺寸： 外径 内径 厚度 内径与外径比 单位面积3.2 离合器后备系数的确定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。通常轿车和轻型货车。本设计要设计的是1.245吨微型轿车离合器，参看有关统计资料“离合器后备系数的取值范围”（见下表3.3）9，并根据最大质量不超过6吨的载货汽车，结合设计实际情况，故选择。表3.3 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1.804.003.3 单位压力的确定摩擦面上的单位压力的值和离合器本身的工作条件，摩擦片的直径大小，后备系数，摩擦片材料及质量等有关。离合器使用频繁，工作条件比较恶劣（如城市用的公共汽车和矿用载重车），单位压力较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力应随摩擦片外径的增加而降低。前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸：外径 内径 厚度 内径与外径比值 由公式 （32）和 （33）式中： - 压紧力； - 摩擦片的摩擦因数； - 摩擦面数量（单片，双片）； - 摩擦片的单位压力, 。得 符合下表：表3.4 摩擦因数与许用单位压力摩 擦 材 料石棉基材料模压0.20.100.25编织0.30.250.35粉末冶金材料铜基0.30.30左右铁基0.40.30左右金属陶瓷0.40.350.65无石棉有机摩擦材料0.20.40.200.403.4 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不超过6570，即（34）式中： - 摩擦片最大圆周速度，； - 发动机最高转速，。由此式得，符合条件。2 摩擦片的内、外径比应在0.530.70范围内，即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.这里取1.2。4 为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减振器弹簧位置直径约50mm，即5 为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（35）式中： - 单位摩擦面积传递转矩，； - 单位摩擦面积传递转矩的许用值，。许用值可按表3.5选取。表3.5 单位摩擦面积传递转矩的许用值 （ ）离合器规格D/mm210210250250325325/0.280.300.350.40单位摩擦面积传递转矩的许用值可选0.30（），经计算可得出6 为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力的最大范围为,即7 为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即（36）式中： - 单位摩擦面积滑磨功，； - 单位摩擦面积滑磨功许用值，。 - 汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功，。对于乘用车：，对于最大总质量小于6.0t的商用车：，对于最大总质量大于6.0t的商用车：；可根据下式计算（37）式中： - 汽车总质量，kg； - 轮胎滚动半径，m； - 汽车起步时所用变速器档位的传动比； - 主减速器传动比； - 发动机转速，。计算时乘用车取，商用车取。其中： ，代入式（37）得 ，将代入式（36）得，合格。8 离合器接合的温升（38）式中：t - 压盘温升，； C - 压盘的比热容，； - 传到压盘的热量所占的比例，单片离合器压盘；代入，计算得，合格。第4章 离合器从动盘设计4.1 从动盘结构介绍在现代汽车上，一般都采用带有扭转减振的从动盘，用以避免汽车传动系统的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系统零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车平稳起步。从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，由下图4.1可以看出，摩擦片1，13分别用铆钉14，15铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片5用限位销7和减振12铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片5和减振盘12上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在从动片和减振盘之间的从动盘毂8法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收11。图4.1 带扭转减振器的从动盘1，13摩擦片 2，14，15铆钉 3波形弹簧片 4平衡块 5从动片 6，9减振摩擦片 7限位销 8从动盘毂 10调整垫片 11减震弹簧 12减振盘4.2 从动盘设计从动盘总成由摩擦片、从动片、扭转减振器和从动盘毂等组成。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：1) 为了减少变速器换挡时齿轮间冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小。2) 为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性。3) 为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减振器。4) 要有足够的抗爆裂强度。4.2.1 从动片的选择和设计设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或降速（由低档换为高档）。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之间产生冲击或者变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此为了减小转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用厚的薄钢板冲压而成，为了进一步减小从动片的转动惯量，有时将从动片外缘的盘形部分磨至，使其质量更加靠近旋转中心。为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的磨损。具有轴向弹性的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片及组合式的弹性从动片12。在本设计中，因为设计的是微型轿车的离合器，故可以采用分开式弹性从动片，离合器从动片采用厚的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。4.2.2 从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩按国标GB1144-74选取。从动盘的轴向长度不易过小，以免在花键轴上滑动产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40Cr等），并经调质处理。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺：对减振弹簧窗口及从动片配合，应进行高频处理。花键选取后应进行挤压应力及剪切应力的强度校核：（41）（42）式中：z - 从动盘毂的数目其余参数见表4.1。表4.1 离合器从动盘毂花键尺寸系列摩擦片外径发动机转矩花 键 尺 寸齿数外径内径齿厚有效齿长挤压应力16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.143080010453656513.545095010524166512.5根据摩擦片的外径与发动机的最大转矩， 由表4.1查得，则由公式校核得： 。所以，所选花键尺寸能满足使用要求。4.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的紧固方式摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：1) 应具有较稳定的摩擦系数、温度、单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。2) 要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。3) 要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。4) 热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少、无味、不易烧焦。5) 磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。6) 油水对摩擦性能的影响应最小。7) 结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。由以上的要求，目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度、滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高热、耐磨和较高摩擦系数（可达0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等13。在该设计中选取的是编织石棉基的摩擦材料。紧固摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆钉有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有紧固可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。第5章 离合器压盘设计5.1 压盘的传力方式的选择压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用传动式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。5.2 压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的尺寸在前面已经确定，故压盘的内径也可因此而确定。压盘外径 压盘内径压盘的厚度确定主要依据以下两点：1) 压盘应有足够的质量。在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短（大约在3秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必须导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由飞轮和压盘等零件吸收，为了使每次结合时的温升不致过高，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。2) 压盘应有较大的刚度。压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧14。鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于），但一般不小于。在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为。5.3 压盘传动片的材料选择压盘形状一般比较复杂，而且还需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁而造成，其金相组合呈珠光体结构，硬度为HB17022，其摩擦表面的光洁度不低于1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中材料为HT200，工作表面光洁度取为1.6。5.4 离合器盖的设计 离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体15。因此，在设计中应注意以下几个问题：1） 离合器的刚度离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为4mm的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。2） 离合器的通风散热为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。3） 离合器的对中问题离合器盖内装有分离杠杆、压盘、压紧弹簧等重要零件，因此它相对于飞轮必须有良好的对中，否则会破坏离合器的平衡，严重影响离合器的工作。离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另一种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中。5.5 传力片的设计及强度校核初定离合器压盘传力片的设计参数：设3组传力片（），每组3片（），传力片的几何尺寸为：宽度；厚度；传力片上两孔之间距离；孔的直径；传力片切向布置，圆周半径；传力片材料的弹性模量。1) 计算传力片的有效长度： 2) 计算传力片的弯曲总刚度： 3) 根据上述分析，计算以下3种工况的最大驱动应力及传力片的最小分离力：1 彻底分离时，按照设计要求，由上述公式可知。2 压盘和离合器盖组装成总成时，通过分析计算可知，计算最大应力。3 传力片的最小分离力（弹性恢复力）发生在新装离合器的时候，从动盘尚未磨损，离合器在结合状态下的弹性弯曲变形量此时最小，根据设计图纸确定0.87。传力片的弯曲总刚度，当时，其弹性恢复力为，认为合理。4 离合器传扭时，分正向驱动（发动机向车轮）和反向驱动（车轮向发动机），出现在离合器摩擦片磨损到极限状况时，通过尺寸链计算可知。a. 正向驱动： b. 反向驱动： 可见反向驱动最危险，由于在取计算载荷时比较保守，明显偏大，因此传力片的许用应力可取屈服极限。故传力片选择65Mn。第6章 离合器分离装置设计6.1 分离杆的设计本设计采用的是膜片弹簧的压紧机构，分离杆的作用由膜片弹簧中的分离指来完成。在设计分离杆时应注意以下几个问题：1) 分离杆要有足够的刚度2) 分离杆的铰接处应避免运动上的干涉3) 分离杆内端的高度可以调整6.2 离合器分离套筒和分离轴承的设计分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。图6.1 拉式自动调心式分离轴承装置1轴承内圈 2轴承外圈 3外罩壳 4波形弹簧5分离套筒 6碟形弹簧 7档环 8弹性锁环本人设计的是带摩擦片厚度报警器的离合器，采用如图6.1的自动调心式分离轴承装置，图中在轴承外圈2和分离套筒5外凸缘和外罩壳3之间以及内圈1与分离套筒内凸缘之间都留用径向间隙，这些间隙保证了分离轴承相对于分离套筒可径向移动1mm左右。在外圈2与分离套筒5的端面之间装有以波形弹簧片4，用以将外圈紧紧顶在分离套筒凸缘的端面上，使轴承在不工作时不会发生晃动。当膜片弹簧旋转轴线与轴承不同心时，分离轴承便会自动径向浮动到与其同心的位置，以保证分离轴承能均匀压紧各分离指舌尖部。这样可减小振动和噪声，减小分离轴承端面的磨损，使轴承不会出现过热而造成润滑脂的流失分解，延长轴承寿命。另外，分离轴承由传动的外圈转动改为内圈转动、外圈固定不转，由内圈来推动分离指结构，适当地增大了膜片弹簧的杠杆比，且由于内圈转动，在离心力作用下，润滑脂在内、外圈间的循环得到改善，提高了轴承使用寿命。这种拉式分离轴承是将膜片弹簧分离指舌尖直接压紧在碟形弹簧6和档环7之间，再用弹性锁环8卡紧，结构较简单。第7章 离合器膜片弹簧设计7.1 膜片弹簧的结构特点由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用拉式结构。膜片弹簧在结构形状上