毕业设计（论文）-轻型汽车膜片式弹簧离合器设计.docx

中北大学信息商务学院2017届毕业设计说明书毕业设计说明书轻型汽车膜片式弹簧离合器设计 2全套图纸加153893706轻型汽车的膜片式弹簧离合器设计摘要:汽车技术飞速发展，各国路况水平逐渐完善，要求发动机高转速、高功率和汽车电子高科技，各方面都在向着高精尖的技术层次发展，人们的使用需求和要求也在日渐提高，对离合器性能的要求也与日俱增。推式膜片弹簧离合器不能满足实际需要，拉式膜片弹簧离合器可满足实际需要逐渐取代了它。由于其操作形式不便，正慢慢被自动操纵这种新的发展形式而取代。因此，离合器的发展趋势很明显，拥有很高的结构性能和满足使用要求的寿命，并且能够在高转速确保良好的工作状态，拥有简洁的部件构成和很高的传递效率。本文根据离合器技术发展的具体要求，对某汽车离合器进行了设计。首先，根据当前离合器研究现状，包括功用、工作原理、具体的设计要求，对本文要完成的各项内容和所要完成的成果进行了全面概要的安排。然后，对离合器的结构进行了详细的设计，根据相关标准和要求，重点介绍了离合器构成部件及其构成方式的选取方案；根据设计要点，对主要构成部件的设计进行了详细的阐述。最后，对离合器构成部件的具体参数进行了科学的计算和优选。关键词：离合器；摩擦片；膜片弹簧；从动盘Diaphragm spring clutch design of light vehicles Abstract:With the rapid development of automotive technology, national traffic levels gradually improved, the required engine high speed, high power and high tech automotive electronics, in all aspects of sophisticated technology towards the level of development, peoples needs and requirements are also rising, and clutch performance requirements are also increasing. Push type diaphragm spring clutch structure is more traditional, and are gradually upgrading. It faces with technology updates, because of its remarkable features pull-type diaphragm spring clutch structure gradually replaced the former. Since its operation in the form of inconvenience, it is slowly being robotic this new form of development and replaced. Therefore, the development trend of the clutch is evident, with a high structural performance and to meet the requirements of life, and to ensure good working conditions in high speed, and having a simple structure and components of a high transfer efficiency.According to the specific requirements of clutch technology development, a car clutch is designed. Firstly, according to current research status of the clutch, including function, working principle, the specific design requirements, the various elements and the results of this paper are completed with a comprehensive overview of the arrangements. Then, the clutch structure detailed is design, according to the relevant standards and requirements, focusing on the selected program and its constituent members constituting the clutch mode; Depending upon design considerations, the design of main components is elaborated. Finally, the specific parameters of the clutch component part are scientifically calculated and preferred.Keywords:Frame; finite element analysis; bearing beam；3D modelingII目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究的背景及意义11.2离合器的研究概述21.2.1 离合器的功用31.2.2 现代汽车离合器设计应满足的要求41.2.3 离合器工作原理41.2.4 拉式膜片弹簧离合器的优点51.3本文研究的主要内容52 离合器的结构设计62.1 离合器结构方案分析62.1.1 摩擦片的选择62.1.2 压紧弹簧布置形式的选择62.1.3 压盘的驱动方式72.1.4 分离杠杆、分离轴承72.1.5 离合器的散热通风72.1.6 从动盘总成72.2 离合器结构设计的要点82.3 离合器主要零件的设计82.3.1 从动盘82.3.2 摩擦片92.3.3 膜片弹簧92.3.4 压盘92.3.5 离合器盖93 离合器的设计计算及说明103.1所选车系的基本参数103.2 摩擦片主要参数的选择103.3 摩擦片基本参数的优化123.4 膜片弹簧主要参数的选择133.4.1比较H/h的选择133.4.2 R/r选择143.4.3 圆锥底角143.4.4 切槽宽度143.4.5 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定143.4.6 公差与精度153.5 膜片弹簧的优化设计153.6膜片弹簧的载荷与变形关系153.7膜片弹簧的应力计算173.8 扭转减振器设计193.9 减振弹簧的设计193.10 操纵机构213.10.2踏板力的计算233.11从动轴的计算243.12 从动盘毂243.13 分离轴承的寿命计算253.14 本章小结264 总结与展望27 参考文献28 致谢29V1 绪论1.1 课题研究的背景及意义当今各个国家对汽车的发展都很重视，都投入了大量的研发费用。汽车技术发展要比其它工业技术要发展更为迅猛，把汽车发展水平当做衡量一个国家工业技术水平发展的标志的意义是不言而喻的。传统的汽车动力从发动机输出，经过离合器传递给变速器，离合器安装在发动机飞轮附近，传递或者切断来自发动机的动力，离合器必须和发动机的动力匹配好，采用手动挡的汽车一般需要摩擦式离合器来切断和接通来自发动机的动力，这是靠主动盘和从动盘之间的摩擦来传递动力。采用的摩擦片越多，传递的动力也就越大。在离合器发展应用的初始阶段，最杰出的是锥形离合器，在当时应用很广泛。1925年以后，多片盘式离合器开始被研发设计，并投入使用，它是最开始使用的盘片式离合器。离合器有单片式和多片式，早期多片离合器采用油浸式，可以传递的动力及其扭矩较大，动力可以采用气动或者液压式，在大功率高转速车辆上应用较多，但是，采用先进可靠的材料和先进的加工技术，加工的过程中优化好加工的顺序，选择好基准面，单片摩擦离合器已经可以满足汽车的实际需要。这也成为了首选1。近来，汽车技术飞速发展，各国路况水平逐渐完善，要求发动机高转速、高功率和汽车电子高科技，各方面都在向着高精尖的技术层次发展，人们的使用需求和要求也在日渐提高，对离合器提出更加严格的规范。离合器作为在动力传递过程中一个重要的总成，不论是什么类型的汽车，都具有离合装置，设计离合器有助于提高机械设计水平，属于底盘设计中的一个重要组成部分，离合器的各组成部分以机械零部件为主，没有电气化元器件以及控制程序部分，机械零部件在设计过程中考虑结构参数以及机械强度校核和应力分析，在传递动力过程中，保证动力能够顺利的传递到变速器，而且传递的过程中，工作平稳可靠，不影响驾驶和乘坐感受。这就要求设计的过程中选择合理的离合器的类型及其结构，合理的设计选择并且优化所选的参数，减少离合器在工作工程中出现的振动和噪声。在这方面国内的设计水平和国外发达汽车国家差距不大，限于加工精度和新材料的使用，在使用可靠性和使用寿命上还有一定的差距，特别是离合器摩擦片以及从动盘毂，承受的载荷和应力较大，而且这种载荷和应力在离合器工作过程中，总是在不断变化的，这就要求在设计零部件过程中，考虑好这些零部件的设计参数，并且作好优化设计。另外在加工这些零部件过程中，需要考虑好加工精度，促使离合器压盘和飞轮接触的过程更加平顺，防止在操纵离合器过程中出现分离不彻底。除此以外，离合器工作在较大载荷和较大的应力状态，需要采用符合国家标准的耐磨材料，提高机械零部件的耐磨性。推式隔膜弹簧离合器不能满足像拉式隔膜弹簧离合器的实际效果，以满足其逐渐更换的实际需要。由于其操作不便，正在慢慢地自动操纵这种新形式的开发和更换离合器操作过程需要一些技巧，离合器操作过程，包括两个过程的组合和分离，分离需求为了驾驶员踏步到最后，要确保离合器完全分离，否则难以转移，影响齿轮的使用寿命。当组合释放离合器速度开始更快时，当接近离合器半连接状态时，缓慢释放，促使离合器压板缓慢组合飞轮，同时驾驶员轻轻踩下加速踏板，以确保顺利启动。离合器在操作和使用过程中，如果没有正确使用，将导致离合器问题和故障。包括离合器声音和分离不够彻底。在这样的情况下，原因更多，润滑剂内部润滑剂分离不足或松动现象，驱动摩擦片铆钉松动或过度磨损，导致声音过程。这些原因或设计分析不能由标准引起，无论是由于安装和组装过程，还是在使用维护过程中引起的错误。简而言之，离合器在汽车中的作用很重要，相当于汽车的电源开关。无论什么车，都有一个离合器装置，手动变速器需要驾驶员的左脚来操纵离合器，自动变速箱的车型更多，而且还需要离合器装置，或离合器装置安装在变速器内部。因此，离合器的发展趋势明显，具有较高的结构性能，能够满足使用寿命要求，并且可以在高速下显示良好的工作条件，组件简单，传递效率高。随着计算机技术的快速发展，数字分析技术在汽车设计上的大量应用，各项设计大量可采用三维软件来设计分析和计算，对离合器的手工设计慢慢被取代，采用二维和三维辅助设计正越来越多的在实际中应用，用专业的三维设计软件设计和计算之后，再采用分析软件进行分析研究，提高了生产效率，具有重要的工程意义。1.2离合器的研究概述发动机气体燃烧做功，首先把产生的动力传递给离合器，以完成向外输出。换句话说，离合器是控制着动力传递的开和关。在驾驶员操纵正确操纵下，离合器装置断开和分离，合理的进行动力传递，实现其功能。传动系各组成部分都需要承担扭矩，但是不能超过最大限制，离合器能够有效解决这一问题，为了减少对传动系其他部件的损害，避免传动系这些部件过载，摩擦式离合器的摩擦片之间的摩擦力、采用摩擦片的数量、摩擦系数以及摩擦片的尺寸都对最大扭矩有决定作用。这些方面主要是指离合器的基本要求的标准数据。膜片弹簧离合器结构简单，需要的零部件数量较少，价格也相对便宜，出现了离合器的故障后容易更换零部件，使用维护方便，在满足车辆的工作性能比如动力性能和平顺性的情况下，有如下优点：（1）平稳结合，平稳传递力矩和力，保证汽车平顺发动起步；（2）制动时，离合器分离彻底；（3）换档时齿轮副的冲击比较小；（4）散热性能好；（5）高速回转时只有可靠强度；（6）阻止车辆动力总成共振发生，减振降噪的效果很显著；（7）操纵轻便；（8）拥有稳定可靠的工作性能（9）使用年限能满足要求。1.2.1 离合器的功用离合器把发动机产生的动力逐渐传递给传动系，确保汽车安全平顺发动运行。文章在以上指出，车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须在空载的情况下启动，然后再渐渐增加承受的载荷。当刚性连接进行的突然时，一定会导致汽车向前猛烈运动，发动机熄火就会发生。离合器在汽车起步过程中作用很重要，使得发动机和传动系能够柔性的结合，避免刚性结合，发动机和离合器的结合需要一个过程。这样才可以保证汽车起步的平顺性2。当驱动力大于行驶阻力时，缓慢平稳的起步。虽然汽车在空挡的工况下，发动机与传动系也可以不连接传递。但在这种情况下时，变速器和发动机仍然在一定程度上保持连接，要保证发动机工作点火，就必须和变速器同时进行运转工作，而变速器拖转时候，他在很大的阻力下托转不容易。在低温情况下，如离合不发生分离作用，发动机点火是不容易的。所以离合器的第二个功用，踩下离合器的踏板，启动点火，起动的过程中注意要在3到5秒内就能顺利起动，避免起动机长时间运转，中断发动机的动力。这样能轻易的使发动机点火工作3。汽车行驶中会采用不同的工况，加速、急加速、减速、超车等，这时变化档位必不可少，变速器内的齿轮在不断的脱开和结合，当从一个档位变化到另一个档位时，原来齿轮之间的压力变成了阻力，这个压力越大，变换档位的力就越大。这就需要离合器来发挥作用4，保证需要更换到的档位齿轮之间的转速趋向一致，否则在换挡的过程中会发生打齿的现象，影响齿轮的使用寿命，也影响乘坐的舒适性。离合器所能传递的最大扭矩是要不能超过限值的，汽车刹车突然的时候，显著的惯性负荷作用在传动系上，在这种情况下，离合器本身会发生打滑，能够确保传动系零件不会因为超载而发生损坏，具有很好的保护作用。1.2.2 现代汽车离合器设计应满足的要求根据离合器的功用，为了满足实际所需，需要达到如下要求：（1）无论在何种情况下工作，不仅保证安全的传递发动机产生的最大转矩，而且还能合理的储存能量，避免载荷超过限值。（2）平稳且无刚性结合。从发动机传递过来的扭矩应该逐渐变大，减少离合器摩擦片之间的摩擦。避免发动机熄火5；（3）分离干脆利索。换档时假如离合器有联动，则飞轮上的力矩还会发生部分传递，导致不易换档，齿轮振动冲击严重；（4）离合器分离彻底，保证换挡平顺；（5）减振降噪的能力很突出；散热能力很出众，拥有良好的疲劳寿命。（6）散热性能良好，避免了因为温度过高出现打滑现象；（7）操纵简单易行，提高了驾驶的舒适性。这个优势对乘用车相当重要；（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，确保自动调整，使其运行良好。1.2.3 离合器工作原理摩擦离合器有四部分组成，缺一不可，包括主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构。当放开踏板，回位弹簧使踏板返回原位。压紧弹簧具有一定的弹簧弹力，起到回正的作用，向右推动压盘，从动盘和飞轮结合在一起，传递力矩，发动机的力矩可以通过离合器传递给变速器。1.2.4 拉式膜片弹簧离合器的优点拉式膜片弹簧离合器相比推式优势也非常明显，具体如下：中间不再有零件支承，支承环使用数量也很低，最多一个。这样，其结构更简单，占用空间更小，组成部件更少，也不重，机构更紧凑；膜片弹簧是离合器中的一个重要组成部分，半径越大，相应传递效率高，但是这样会增加成本，且需要克服的阻力也会变大，在转矩能够满足时，膜片弹簧尺寸满足即可，在设计尺寸满足的情况下，进行优化设计，提高膜片弹簧的强度和刚度。在离合器工作过程中，离合器盖有着不大形变，拥有足够的刚度，分离效果更佳；拉式摩擦离合器有助于驾驶员省力的操纵离合器踏板，比推式摩擦离合器要省力20%左右，因为拉式的能够传递更大的发动机转矩，接触紧密，不用调节机械部件之间的间隙，减少保养维护的频率，不需要象往常一样调节离合器踏板的自由行程，在使用过程中减少离合器的故障频率。更加可靠 6。1.3本文研究的主要内容本文根据离合器技术发展的具体要求，对某汽车离合器进行了设计。首先，根据当前离合器功用、工作原理、具体设计要求，对本文要完成的各项内容和所要完成的成果进行了全面概要的安排。然后，对离合器的结构进行了详细的设计；根据设计要点，对主要部件的设计进行了详细的阐述。最后，对离合器各组成部件进行分析研究，论证其可靠性。包括具体参数进行了计算和优选7。 2 离合器的结构设计为了达到要求，设计时应根据车型行驶情况和使用标准，标准应该符合国家标准以及行业标准，可查阅汽车设计手册，离合器的零部件应该 “系列化、通用化、标准化”。2.1 离合器结构方案分析2.1.1 摩擦片的选择单片离合器广泛应用于汽车和小型卡车，以满足实际工程需要和国家标准，选择单离合器，摩擦数2。2.1.2 压紧弹簧布置形式的选择离合器夹紧装置可分为周布弹簧，中心弹簧，隔膜弹簧等。 膜片弹簧的显着优点是，性能好，是具有良好弹簧的隔膜实现传动的效果。 隔膜弹簧与其他类别相比，其优点如下：（1）由于膜片弹簧工作环境复杂多变，弹簧压力可以保持原来的数值大小，在这种情况下，离合器工作时，能保持其传递效率一直发挥很好的效果。当离合器分离时，需要驾驶员踩下离合器踏板。促使弹簧变形，弹力减小8；（2）膜片弹簧有着双重作用，既能压紧又分割，使结构占用空间小，零件少，质量低；（3）高速运行时，压紧力基本保持不变，性能维持良好；而圆柱弹簧压紧力降低的比较显著；（4）压紧力均匀，摩擦片磨损均匀，使用年限较长；（5）冷却性能较好，工作年限长；（6）平衡性好；（7）对量产很有利，制造费用低。但膜片弹簧加工工艺繁多，加工精度高，对质量要求也比较严格，其非线性特性很容易发生改变，比较复杂，开口处容易产生裂纹，末尾易因为摩擦而发生损坏。但是随着加工工艺的发展，采用新材料新技术，膜片弹簧已经可以满足实际所需。因此，选用膜片弹簧式离合器10。2.1.3 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：（1）凸台窗孔式：传递性能更好；缺点：传动过程中，滑动摩擦会产生，导致接触部分在分离时发生半联动状态。（2）径向传动驱动式：此传动的方式复杂性较显著，但不会发生相对滑动的现象，因而不存在磨损，操作省力易行；另外，相对位置保持不变，因此离合器盖等旋转物件会保持平衡，工作安静无较大的冲击现象发生。（3）径向传动片驱动方式：从离合器盖传递过来的扭矩，传递给压盘，通过钢制的传动片连接，传动片的强度和刚度有一定的要求，来传递相应大小的扭矩，两者的方向分别沿不同的方向。通过比较，选择径向传动驱动方式11。2.1.4 分离杠杆、分离轴承分离杠杆的作用是使传动分离，截断力和力矩的传递路线。分离轴承的作用是使分离轴承作轴向移动，使离合器起到分离作用。本次设计选用的是油封轴承，具有很好的密封性能，不需要在使用过程中提供额外的润滑。2.1.5 离合器的散热通风数据表明，压盘温度的升高时，摩擦片的磨损也会跟着加剧，当温度超过一定数值时，摩擦破坏很严重。离合器盘在满足要求的工作条件下，表面的瞬时温度一般低于C。但是在汽车行驶在特殊的工况下，或者行驶的路况比较差的时候，离合器的使用频率增加，需要频繁的操纵离合器，离合器盘的表面温度可能达到。裂纹和碎裂会在高温下发生。为保证摩擦表面温度不超标，压盘质量应该最够大，以保这样能更好的起到降温效果。所以合理选择通风的方法和制造特殊的结构来保证离合器的散热通风，比如在压盘内设计通风槽，采用先进的导热材料，加大其散热量。采用先进的加工导流罩的结构等 12。2.1.6 从动盘总成从动盘虽然对离合器有重要的作用，并对其产生很大的影响，但是其使用年限较低，必须对其结构和材料重点设计。从动盘总成设计要求如下：（1）转动惯量要小，使换档平顺易操作；（2）具有轴向弹性，使离合器接合安全柔和，平稳起步。降低因摩擦产生的损耗。（3）应按装扭转减振器，杜绝共振现象，使工作状态安静无冲击。2.2 离合器结构设计的要点（1）从动盘上安装有波状弹簧，这些弹簧在从动片上均匀分布，弹簧的个数根据实际需要选择，在从动盘上还装配有扭转减震器，减缓从发动机传递的扭矩带来的振动作用，摩擦片的表面一般不是平面，往往有一定的角度，即有一定的锥形量，表面大的一面对着飞轮，增加和飞轮的接触面积，确保结合的更加紧密，操纵离合器分离时，更容易实现。（2）离合器的从动部分在主动部分的带动下，转动传递扭矩，从动轴上有花键，能在花键上轴向移动，为了确保工作时的稳定可靠，避免离合器轴向产生振动，通常把轴承安装在曲轴的中心孔内。（3）前轴承在离合器机构中作用明显，起到支撑和约束的作用，轴承的外圈固定，内圈旋转，飞轮和从动轴合理设计和装配，保证在操纵离合器的时候，轴向能够固定牢固，另外有后轴承也起到相应的规定和支撑作用。分离轴承因为承受的载荷较大，需要加入润滑脂，提高其耐磨性，在使用过程中注意定期保养，否则会改变自由行程，造成离合器的故障。为避免润滑油六道接触面之间，造成离合器打滑，因采取合理的结构和措施避免这一情况的发生。（4）离合器在工作的过程中，压盘和摩擦片的紧密结合至关重要，否则会产生离合器打滑现象，另外离合器的踏板有一定的自由行程，在机械部件磨损的时候，能够自动调节分离轴承和分离弹簧间距，刹车制动时，要合理设计选取踏板的最大行程。2.3 离合器主要零件的设计2.3.1 从动盘从动刚片和摩擦片采用铆接的方式，扇形弹簧对称铆接在从动片上，铆接需要采用铆钉，在铆接之后，为了使离合器工作更加平顺，需要在铆接的地方磨削加工，提高表面的加工精度，铆接在机械结合件的连接中应用广泛，从动盘的材料选用45号钢，提高工作时的强度和刚度，并且在上面设置径向切口，改善工作性能。2.3.2 摩擦片摩擦片在性能上要满足如下要求：（1）刚强度最够大，满足要求，散热性比较好；（2）接合平稳柔和无冲击；（3）长期停放，摩擦面会发生粘着现象。（4）摩擦片选石棉基摩擦材料，其摩擦系数为。石棉基摩擦材料密度小，工作温度比180还要低，成本低，性能好，认可度很高。2.3.3 膜片弹簧膜片弹簧使用的钢材料质量比较优秀。其碟簧部分的加工要求很高，碟簧材料为60Si2MnA。为了能使膜片弹簧承受更大的载荷，要对膜片弹簧特殊的热加工处理，使其具有高抗疲劳能力的回火索氏体。膜片弹簧的膜片应该经过特殊的工艺处理，提高膜片的变形能力，膜片内缘和外援都会受到力的作用，防止在工作的时候膜片产生塑性变形，对其内表面喷丸处理，这是一种提高膜片弹簧寿命的加工方法，喷丸是0.8的白口铁小丸。同时，为了增大膜片弹簧的 耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀铬。2.3.4 压盘压盘的材料选用HT20-40铸造制成。压盘的主要作用是和摩擦片相结合13，传递来自于发动机的动力，当驾驶员操纵离合器踏板结合时，压盘和摩擦片相互结合。当驾驶员操纵离合器踏板分离时，压盘和摩擦片相互分离，压盘表面的表面粗糙度要求较高，压盘壳用M812mm螺栓将其固定在飞轮和压盘端面 。2.3.5 离合器盖离合器盖属于离合器的主动部分，膜片弹簧经过特殊工艺处理，在支撑处可以承受较大的强度和刚度，表面粗糙度应该更小，促使离合器结合和分离更加彻底，在支撑处采用铆钉作为连接方式，但是必须保证分离轴承和曲轴中心的中心线在一条直线上，否则离合器在工作的时候发生一些故障，比如离合器出现异响，离合器铆钉处出现磨损过量，从而影响离合器结合和分离时的彻底性与否。材料采用10号钢材、HRc40-50。3 离合器的设计计算及说明3.1所选车系的基本参数整车参数：车辆最大总质量：1600kg 整备重量：1165kg最大功率：88kw/6000rpm 发动机最大转矩:152N.m/5200rpm最高车速（手动变速箱）：200km/h；轮胎型号：195/60R153.2 摩擦片主要参数的选择由于离合器摩擦片传递来自发动机的动力，离合器静摩擦力矩应该大于发动机最大扭矩。摩擦片的静压力： （3-1）式中：是离合器后备系数（）（1）选择时，应注意以下几点：a. 摩擦片即使发生磨损后，传递发动机最大扭矩还能得到保证；b. 确保离合器本身滑磨程度较小；c. 确保传动系受力不会超过限值。一般轿车和轻型货车=1.21.75。结合设计实际情况，故选择=1.5。则有可有表3-1查得1.5。表3-1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:（3-2）为直径系数，取值见表3-2 取 得D=180mm。表3-2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摩擦片的尺寸已系列化和标准化,标准如下表(部分):表3-3离合器摩擦片尺寸系列和参数外径Dmm160180200225250280300325内径dmm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800单面面积cm2106132160221302402466546所以选取摩擦片的尺寸为D=180mm,d=125mm,厚度h=3.5mm摩擦片的摩擦因数取决于所选择的材料，材料不同，摩擦系数也不同，如表3-4。也取决于工作的温度，温度的高低同样会改变摩擦片的摩擦系数，另外滑摩速度和压力越大，导致离合器摩擦片的工作温度升高，摩擦系数会发生相应的变化。本论文设计单片离合器，Z=2。离合器间隙t多数为34mm。可选t=4mm14。表3-4摩擦材料的摩擦因数的取值范围摩擦材料摩擦因数石棉基材料模压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离合器的静摩擦力矩为：T = T得T= 1.5152= 228N.m （3-3） 与式（3.1）联立得： （3-4） 代入上式得：MPa。表3-5摩擦片单位压力的取值范围摩擦片材料单位压力/MPa石棉基材料模压0.15-0.25编织0.25-0.35粉末冶金材料模压0.35-0.50编织金属陶瓷材料0.70-1.503.3 摩擦片基本参数的优化（1）摩擦片外径D（mm）的选取最大圆周速度不得超过6570m/s，即m/sm/s （3-5）（2）摩擦片的内、外径比取值0.67，即（3）为了确保安全可靠地传送，防止传动系受力过大，各种车型的值应在一定范围内，范围为1.24.0。（4）摩擦片内径d必须大于减振器振器弹簧位置直径约50mm，即mm（5）单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即 （3-6）式中，为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表3-6选取经检查,合格。表3-6单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格028030035040 （6）为消散离合器滑磨产生的热能，避免结构发生破坏，对于不同车型，单位压力的最大范围为0.111.50MPa,即MPaMPaMPa（7）离合器单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值,即 （3-7）对于最大总质量小于6.0t的商用车：J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车：J/mm2：W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可利用下式计算 （3-8）取r/min，商用车取r/min。其中：m Kg代入式（3.9）得J，代入式（3.8）得，合格。（8）离合器接合的温升 （3-9）式中,t为压盘温升,不超过C；c为压盘的比热容，J/(KgC)；为传到压盘的热量所占的比例， ，为压盘的质量Kg代入，C，合格。3.4 膜片弹簧主要参数的选择3.4.1比较H/h的选择当时，F2为增函数；时，F1有一极值，而该极值点又恰为拐点；时，F1有一极大值和极小值；当时，F1极小值在横坐标上，见图3-115。1- 2- 3-4- 5-图3-1 膜片弹簧的弹性特性曲线为了使汽车平稳起步，离合器膜片弹簧的H/h通常在1.52范围内选择。常见的膜片弹簧板厚度为24mm，本论文选，h=3mm ，则H=6mm 。3.4.2 R/r选择通过分析表明，R/r越小，载荷越大，刚性越强，直径误差对结构性能影响越大。本设计中取，摩擦片的平均半径mm， 取mm则mm取整mm 则。3.4.3 圆锥底角圆锥底角得，在之间合格。3.4.4 切槽宽度mm，mm，取mm，mm，应满足的要求。3.4.5 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定接近且大于r，小于R尽量靠近R。此设计取mm，mm。中国常用的碟簧材料的为60Si2MnA，当量应力取16001700N/mm2。3.4.6 公差与精度离合器盖的膜片弹簧支承处，压力盘高度公差要小，支承环和支承铆钉安装尺寸精度要高，耐磨性要好16。3.5 膜片弹簧的优化设计（1）弹簧的与初始锥角应在一定范围内，即（2）弹簧各部分有关尺寸的比值应满足具体要求的范围，即（3）拉式膜片弹簧的压盘加载点半径的取值应该合理，推式： 拉式： （4）与，与之差应在一定范围内选取，即（5）膜片弹簧能起到分离杠杆的效果，即推式： 拉式： 由上式可得出mm，mm。3.6膜片弹簧的载荷与变形关系碟形弹簧见图3-2，有关设计公式对膜片弹簧也适用。支承点处受力F1，加载点间的相对变形（轴向）为1，则压紧力F1与变形1之间的关系式为1718: （3-10）式中： E弹性模量，对于钢， 泊松比，对于钢，=0.3H内锥高度 h弹簧钢板厚度 R弹簧自由状态时碟簧部分的大端半径r弹簧自由状态时碟簧部分的小端半径R1压盘加载点半径r1支承环加载点半径图3-2膜片弹簧的尺寸简图表3-7膜片弹簧弹性特性所用到的系数RrR1r1Hh118941169663代入（3.10）得 （3-11）对（3.11）式求一次和二次导数，可得到极大值和极小值。凸点：mm时，N凹点：mm时，N拐点：mm时，N 2、设分离轴承对膜片弹簧指所加的载荷为F2，对应此载荷作用点的变形为2。由 （3-12） （3-13）列出表3-8:表3-8膜片弹簧工作点的数据2.967.0459.182.18215.511796.936748.9892733775.022159.672967.363.7膜片弹簧的应力计算选定坐标子午断面（如图3-3），使X轴平行于子午断面的上下边，则断面上任意点的切向应力为： （3-14）图3-3 膜片弹簧工作点位置式中 碟簧部分子午断面的转角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e=（R-r）/In(R/r) （3-15）将（3.14）式写成Y与X轴的关系式： （3-16）图3-4 切向应力在子午断面的分布当时，因为的值较小小，将看成，由上式可写成。从式（3.16）可以看出当时无论取任何值，都有。将B点的坐标X=（e-r）和Y=h/2 代入（3.17）式有： （3-17）令可以求出切向压应力达极大值的转角由于： mm所以： ，N/mm2B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： （3-18）式中 n分离指数目 n=18br单个分离指的根部宽mm因此： N/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：N/mm2N/mm2故膜片弹簧当量应力达到标准，所以设计数据合适。3.8 扭转减振器设计扭转阻尼器由弹性元件和阻尼元件构成。弹性元件的功能是减小扭转刚度，改善系统的振动特性，避免自然频率耦合的共振。 阻尼元件的功能主要是消散工作产生的热量。扭转减振器具有以下功能：1）调整传动系扭振固有频率。2）改善阻尼，避免共振，减轻振动和冲击。3）在空转条件下控制离合器和其他部件的振动和噪音。4）减少传动系统的非线性扭转冲击，使离合器工作平稳，平稳。减震器极转矩Nm 摩擦转矩Nm预紧转矩Nm极限转角扭转角刚度Nm/rad 详细见图3.5。3.9 减振弹簧的设计1减振弹簧的安装位置，根据mm，算出取49mm，则。 2全部减振弹簧总的工作负荷N3单个减振弹簧的工作负荷NZ是减振弹簧的个数，按表3-9选择：取Z=6表3-9减振弹簧个数的选取摩擦片的外径D/mm225250250325325350350Z466881010 图3-5 扭转减振器4减振弹簧尺寸（1）选择材料，计算许用应力设弹簧丝直径mm,MPa,MPa。（2）选择旋绕比，计算曲度系数根据下表选择旋绕比表3-10旋绕比的荐用范围d/mmC确定旋绕比，曲度系数（3）强度计算mm，与原来的d接近，合格。中径 mm；外径 mm（4）极限转角取 ，则mm（5）刚度计算弹簧刚度 mm其中，为最小工作力，弹簧的切变模量MPa，则弹簧的工作圈数取，总圈数为（6）弹簧的最小高度mm（7）减振弹簧的总变形量mm（8）减振弹簧的自由高度mm（9）减振弹簧预紧变形量mm（10）减振弹簧的安装高度mm（11）定位铆钉的安装位置取mm，则，mm，mm，合格。3.10 操纵机构由于离合器使用频繁，必须保证操纵机构操作简单易行。离合器操纵机构的设计应满足：（1）踏板受力要小，一般应小于200N；（2）踏板行程不超过180mm；（3）踏板行程可调整；（4）安装限位装置，保证操纵机构不会因为所受载荷过大发生破坏；（5）应具有足够的刚度；（6）传动效率要高；（7）不受车身部件振动变形的影响。机械式操纵机构有杠系传动和绳索系两种传动形式，杠传动优势明显，简单可靠，但是也有缺点效率不高，其工作过程中会受到车身形变的影响；远距离操纵杆系，安装不容易，但是绳索传动可弥补这样的不足，但其效率低，使用年限低。本次设计采用液压式操纵机构。液压操纵机构有如下优点：液压式操纵，传递能量效率高，质量轻，易于安装；方便吊挂踏板的使用，密封良好，不会因车身的振动变形而发生干涉现象；mm，mm，mm，mmmm，mm，mm，mm3.10.1 离合器踏板行程计算踏板行程由自由行程和工作行程组成： （3-19）式中，一般为mm，取mm；反映到踏板上的自由行程一般为mm；：mm，取mm；、为杠杆尺寸。得：mm，mm，合格。图3-6 液压操纵机构示意图3.10.2踏板力的计算踏板力为（3-20）；为机械效率，液压式：%，在初步设计时，可忽略之。N，%；则N合格。分离离合器所作的功为 （3-21）式中，为离合器拉接合状态下压紧弹簧的总压紧力，N，则J （3-22）合格。3.11从动轴的计算1选材选40Cr调质钢 。 2确定轴的直径 （3-23）式中，A为由材料与受载情况决定的系数，见表3-11:表3-11轴常用几种材料的及A值轴的材料Q235-A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr131525203525453556A14912613511212610311297取，n 为轴的转速，r/min，则mm，取mm。3.12 从动盘毂从动盘毂采用矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸从表3-12选取：选取0.91.4倍的花键轴直径。为提表面高刚强度，应对其进行镀铬处理；对减振弹簧窗口及与从动片配合处，应进行高频处理。取，mm，mm，mm，mm，MPa。验证：挤压应力的计算公式为： 。 （3-24），分别为花键的内外径；Z为从动盘毂的数目；取Z=1h为花键齿工作高度；得N，MPaMPa，合格。表3-12花健的的选取摩擦片的外径/mm/N.m花健尺寸挤压应力/MPa齿数n外径/mm内径/mm齿厚/mm有效齿长/mm1604910231832098180691026213201162001081029234251112251471032264301132501961035284351022802751035324401253003041040325401053253731040325451143504711040325501303.13 分离轴承的寿命计算 分离轴承的参数表3-13分离轴承参数表型号Crn7014C48.2KN1.234500r/min则由下式： （3-25） （3-26）得：h （3-27）3.14 本章小结本章介绍离合器的计算，包括摩擦片主要参数的选择和优化，膜片弹簧主要参数的选择和优化。 离合器的压缩力与膜片弹簧的应力之间的关系是通过膜片弹簧载荷与变形之间的关系来计算的。减震器和减震弹簧的计算，转向机构和输出轴的计算 ，选择驱动轮毂，以及分离轴承的使用寿命。4 总结与展望人们的使用需求和要求日渐提高，对离合器性能的要求也与日俱增，离合器的发展趋势