毕业设计（论文）-东风标致307膜片弹簧离合器的设计.doc

武汉纺织大学2013届毕业设计（论文）1 绪论1.1 离合器的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。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 摩擦式离合器的基本机构原理全套离合器应有两部分组成：离合器和离合器操纵。就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结构上应由下列几部分组成；主动件、从动件、压紧弹簧和分离杆。其机构原理如图1-3-1所示。 (A)接合 （B）分离 图 1-3-1 膜片弹簧离合器分离接合示意图 1-飞轮 2-从动盘总成 3-压盘 4-分离杆 5-分离套筒 6-离合器制动 7-离合器踏板 8-压紧弹簧 9-离合器盖 10-变速器第一轴 11-分离拔叉及操纵连接杆从图1-3-1中可以看到，压盘3、分离杆4和压紧弹簧8一起组装在离合器盖9内，俗称为离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机的飞轮上。飞轮1和压盖3为主动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮1和压盘3之间为从动盘总成2，它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩，并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩（由变速器第一轴10接受）。压紧弹簧8（它可以是螺旋弹簧或者膜片弹簧）通过压盘3把从动盘总成紧紧压在飞轮上，形成工作压力。当发动机带动飞轮1和压盘3一道旋转时，通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋转，完成转矩的输出。如图1-3-1（A）所示，离合器通常总是处于接合状态。当需要切断动力时，驾驶员通过离合器操纵系统中的踏板7，并经过操纵传动杆系及分离拔叉11推动分离套筒5向前，消除间隙Y，使分离杆4绕其在离合器盖9上的支点转动，克服压紧弹簧8的工作压力之后，压盘3向后移动，从动盘总成2和压盘3脱离接触。离合器分离时的状况如图1-3-1（B）所示，此时，从动盘总成2不再输出转矩。分离套筒向左移动时，在消除间隙r后，输出轴10受到了制动，转速很快下降。此种状况称为离合器的制动，其目的是为了容易换挡。但这种离合器制动主要用的重型离合器上，一般离合器不一定采用。分离杆和分离轴承之间的间隙Y通常是需要的，因为从动盘总成因摩擦面磨损后会使压盘3向左移动，如果这一移动受到分离轴承的限制，就会导致压盘3不能很好地压紧摩擦面，从而造成从动盘在传扭时发生打滑现象。离合器使用一段时间后由于间隙Y消失需要重新调整。现今许多离合器都设计有自动调整间隙的结构，此时间隙Y就可以为零，并能在任何时候都保持零间隙而不影响离合器正常工作。这样就省却使用中需经常调整的麻烦。1.4摩擦式离合器的分类和基本要求摩擦式离合器结构类型较多，且可有多种组合。为了清除起见，用下列图表显示其相互关系。图1-4-1 汽车机械式离合器的结构分类图离合器的结构形式可以不相同，但在使用上对它的基本要求是一致的，他们应该是：（1） 能可靠地传递发动机的最大转矩；（2） 接合过程要平顺、柔和，使汽车起步时没有抖动的冲击；（3） 分离时要迅速、彻底；（4） 离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击并方便换挡；（5） 高速旋转时具有可靠地强度，应注意平衡避免受离心力的影响；（6） 操纵轻便，工作性能稳定，使用寿命长。 以上这些要求中最为重要的是使用可靠、寿命长以及和使用中的良好技术经济和环保指标。1.5 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。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、最大摩擦片外径达420mm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2 离合器结构方案选取2.1 由前面所提，本次所设计的离合器是针对东风标致307，所以通过网上数据的整理，我们可以知道东风标致307的基本数据(机型TU5JP4)发动机最大功率及转速 78kw/5750发动机最大转矩及转速：142/4000汽车装备质量：1293kg主减速传动比：=4.923变速器1档传动比：=3.417轮胎型号:195/65 R15 91V汽车的驱动形式:42最高车速:179km/h滚动半径:0.28m整车质量:1293Kg2.2 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：）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。）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 ）分离要迅速、彻底。）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。）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。）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。)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。）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。）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。）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：）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；）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 ；）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； ）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；）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；）平衡性好；）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，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式、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 、，硬度为。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。 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。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。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，钩子与感应触手接合在一起，当钩子被挤压时，感应触手会因拉紧弹簧的原因被拉起，与传感器接触，进而实施报警，使驾驶员及时更换摩擦片。3.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mm也可以根据发动机最大转矩Temax()按如下经验公式来计算 式中：系数A反映了不同结构和使用条件对D的影响，本次设计主要针对的是对小轿车的设计故本次A选择 47 。按Teamx初选D以后，还需注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，图3-1-1为我国摩擦片尺寸的标准。 表 3-1-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数 外径D/mm160180200225250280300325350380405430内径d/mm110125140150155165175190195205220230厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444C=d/D0.6870.6940.0700.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351-C30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847单面面积/CM21061321602213024024665466787299081037摩擦片内径d不作为一个独立的参数，它和外径D有一定关系，用比值C来反映，定义为 C=d/D 比值C关系到从动片总成的结构设计和使用性能。具体来说，由于现在广泛采用扭转减震器，所以布置扭转减震器时要求加大内径d ,从而C要变大；但过分加大C值会使摩擦面积变小，这也是不利的。按照目前的设计经验，推荐 C= 对摩擦片厚度h ，我国已规定了3种规格：3.2 , 3.5, 4,无更多选择余地。根据以上数据所以选择外径D = 180d=125厚度h=3.5单位面积 a=132 内径与外径比 C=0.694 1-C3=0.6673.2 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，应从以下几个反面考虑：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= 本设计的是轻型轿车，故可以选取=1.2.3.3 单位压力P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。对于采用有机材料作为基础的摩擦片，下列一些数据可以作为参考。对于小轿车，D230时，p约为0.25；D230时，p可由下列选取： 对于载货车，D=230时，p约为0.2；D=时，p约为0.14对于城市公共汽车，一般单片离合器P约为0.13；大的双片离合器p约为0.1现在一些重型车辆采用耐热性能更好的陶瓷材料作为摩擦副元件，它的单位压力允许更高。国外推荐值为目前我国研制使用的陶瓷片，其设计值约等于0.4 针对本次设计的汽车离合器，我们知道D=180230 所以我们可以选取P=0.254. 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 图 4-1 带有扭转减振器的从动盘4.2 从动盘设计应满足的要求 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：）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。）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。）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。）要有足够的抗爆裂强度。4.2.1 从动片的选择和设计从动片的选择和设计从动片时,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，通常为了进一步减小从动片的转动惯量，有时是用m厚的薄钢板冲压而成，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 .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，在这里面为180，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与发动机的最大转矩Temax按国标GB11442001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、40 Cr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。花键尺寸确定以后进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时刻适当增加花键毂的轴向长度,根据发动机的转矩我们可以选择花键 =26mm =32mm n=10 b=4mm l=30mm 挤压应力的计算公式如下：（） （4-1）式中。P-花键的齿侧面压力N，它由下式确定： -分别为花键的内外径 Z-从动盘毂的数量； Temax-发动机最大转矩 n - 花键齿数 h-花键齿工作高度 h=(D-d)/2 L- 花键有效长度 有公式 （4-2） 所以满足设计要求 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：）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。）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好。）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。）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面。）油水对摩擦性能的影响应最小。）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。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。 5. 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离合器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D=180压盘内径d=125压盘的厚度确定主要依据以下两点：）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。它不仅会引起离合器摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起离合器和压盘的损坏 。由于用石棉材料制成的离合器导热性很差，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。）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离合器的均匀压紧。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15），但一般不小于10。在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为10。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，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。因此，在设计中应注意以下几个问题：）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4的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。）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。）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 传力片的设计和强度校核根据以上的数据我们可以初步确定离合器压盘传力片的设计参数: 设 3组传力片（i=3），每组3片（n=3）,传力片的几何尺寸为：宽度 b=15 ;厚度 h=1; 传力片上两孔之间距离I=54 ;孔的直径 d =5; 传力片切向布置，圆周半径R=128 ;传力片材料的弹性模量 E=1）计算传力片的有效长度 （5-1）2）计算传力片的弯曲总刚度 K= （5-2）3）根据上述分析，计算一下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，按设计要求f=0,Te=0,可知（2）压盘和离合器盖组装成盖总成时，Te=0,通过分析计算可知可算最大应力：= = =1456.82mpa （5-3）（3）离合器传扭时，分正向驱动和反向驱动， 出现在离合器摩擦片磨损到极致时，通过尺寸链的计算可知=5mm 正向驱动 =-+=1380.98mpa （5-4）反向驱动=+-=1381.14mpa （5-5）(4)传力片的最小分离力(弹性恢复能力)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f=0.87。传力片的弯曲总刚度，当f=0.87时，其弹性恢复力为，认为合理。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。6 离合器操纵机构，轴及轴承等的设计 6.1 操纵机构 汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器使之柔和接合的一套机构。它始于离合器的踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。由于离合器使用频繁，因此离合器操纵机构首先要求操纵轻便。轻便型包括两方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是因为踏板形成的校正机构。离合器按分离时的所需的能源所不同可分为机械式，弹簧助力式，气压助力机械式，气压助力液压式等等。离合器操纵机构应满足的要求是：（1）踏板力要求，轿车一般在80150N范围内，货车不大于150200N;（2）踏板行程对轿车一般在80150范围内，对货车一般不超过180（3）踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损以后分离轴承的自由行程可复原：（4）应有对踏板行程有限制的装置，以防止操纵机构应受力过大而损坏；（5）应有足够的强度；（6）传动效率要高（7）发动机震动，及车架和驾驶员的变形不会影响其正常工作机械式操纵机构有杆系传动和绳索系两种传动形式，杆传动结构简单，工作可靠，但是机械效率低，质量大，车架和驾驶室的形变可影响他的正常工作，远距离操纵杆系，布置困难而绳索传动可消除上述缺点，但寿命短，机械效率不高。 本次设计的普通轮型离合器操纵结构，采用液压式操纵机构。液压操纵机构有如下优点：（1）液压式操纵机构传动效率高，自量小，布置方便，便于采用吊挂踏板，从而容易密封，不会应为驾驶室和车架的变形而干涉它的运动。（2）可使离合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在传动系产生的动载荷，正由于液压式操纵有以上的优点，故应用日益广泛，离合器液压操纵机构由主缸，工作缸，管道系统等部分组成。6.1.1 离合器踏板行程计算 踏板行程S有自由行程S1和工作行程S2组成：S=S1+S2=（6-1）式中，为分离轴承的自由行程，一般为1.53.0,取=1.5;反映到踏板上的自由行程S1一般为2030；d1，d2分别为主缸和工作缸的直径;Z为摩擦片面数；为离合器分离时对偶摩擦面间的间隙，单片：=0.851.30 ,取=1.2； a2=120,a1=50,d2=135,d1=67,c2=50,c1=21.4,b1=50,b2=95 计算式（6-1）得：s=131 s1=27.77 合格。图6-1液压操纵机构示意图6.1.2 踏板力的计算 踏板力为 （6-2）式中，为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力；为操纵机构总传动比，=；N为机械效率，液压式：n=8090%，机械式：n=7080%;为克服回位弹簧1.2的拉力所需的踏板力，在初步设计时。可忽略之。=3467.30N =43.26, n=80%;计算得 =100.19N， 合格。分离离合器所作的功为 式中，F1为离合器拉接合状态下压紧弹簧的总压紧力，F1=10835.32N,计算得 =21.45J ,合格 6.2 从动轴的计算6.2.1 选材 40Cr调制钢可用于载荷较大而无很大冲击的重要轴，选材料为40Cr调制钢 6.2.2 确定轴的直径 （6-3） 式中，A为由材料与受载情况决定的系数，见图61 ： 表61 轴常用几种材料的及A值 轴的材料 Q235-A,20Q275,354540Cr,35Si Mn /MPa1525203525453556A14912613511212610311297取A=100, n为轴的转速，n=4000r/min,则d=18.8, 取 d=206.3 分离轴承总成 分离轴承总成由分离轴承，分离套筒等组成。分离轴承在工作中主要承受轴向分离力，同时还承受早高速旋转时分离力作用下的径向力。以前主要采用推力球轴承或向心球轴承，但其润滑条件差，磨损严重，噪声大，可靠性差，使用寿命短。目前国外已采用角接触推力轴承，采用全密封机构和高温锂基润滑脂，其端部形状与分离舌尖部形状相配合，舌尖部位平面时采用球形端面，舌尖部位弧形面是采用平端面或凹弧形端面。 在膜片弹簧离合器中，为了保证在分离离合器是分离轴承能均匀的压紧膜片弹簧内端，有时采用自动调准中心的分离装置。轴承自动调心的作用是当膜片弹簧分离指接触园的旋转轴线与分离轴承工作圈的旋转轴线有偏移是，分离轴承在旋转力的作用下会自动地径向浮动到与离合器膜片弹簧分离指接触园的同轴位置上，从而完成调心过程。选择分离轴承7014C，参考如下表 表 6-3 分离轴承7014C的参数型号Cn7014C 48.2KN1.234500r/min该分离轴承寿命可由下式： （6-4）式中p= 计算得： 即该分离轴承寿命为49113小时 。 7 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，在本设计中采用推式结构。膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟片和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形。可以说膜片弹簧的碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆，故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角7.2 膜片弹簧的弹性特性和加载方式膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高 H 及弹簧的钢板厚 h 有关。不同的 H/h 值有不同的弹性特性 (见图 6-1)。当(H/h) 2 时，P 为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷 并 用 作 缓 冲 装 置 中 的 行 程 限 制 。 当 (H/h)= ， 特 性 曲 线 上 有 一 拐 点 ， 若 (H/h)=1.5 2 ，则特性曲线中段平直，即变形增加但载荷 P 几乎不变，故这种 弹簧称零刚度弹簧。当 （H/h)2 ，则特性曲线中有一段负刚度区域，即变形增加而载荷反而减小。这种特性很适于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用 其负刚度区使分离离合器时载荷下降，达到操纵省力的目的。当然，负刚度也不宜过大，以免弹簧工作位置略微变动就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取 1.5(H/h)2 ，则特性曲线具有更大的负刚度区且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构。 图 6-1 不同时的无弹性特性曲线不同时的无弹性特性曲线 碟形弹簧当其大、小端部承受压力时，载荷 P 与变形久之间有如下关系： （7-1）式中：E弹性模量，对于钢：E= h弹簧钢板厚度，H碟簧的内截锥高，；R碟簧大端半径，U-波桑比，钢材料取 u=0. 3；A-系数， :m-蝶簧大、小端半径之比，m=R/r.图6-2 汽车离合器膜片弹簧在实际安装中的支承点 7.3 膜片弹簧基本参数的选择 1.比值 H/h 和 h 的选择此比值对膜片弹簧的弹性特性影响极大，因此，要利用 H/ h 对弹簧特性的 影响正确地选择该比值，以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能。一般 汽车的膜片弹簧离合器多取：1 .5 H D,所以取rf=23 rp=265、分离指数目 n、切槽宽1、窗孔槽宽2 、及半径 r e 分离指数目 n 常取 18，大尺寸膜片弹簧可取 24，小尺寸膜片弹簧可取 12， 本设计取 n=18.1=3.24 2=910 re取值应满足 r- r e 2 的要求。 本设计取 1 =4， 2 =12，re=706、承环的作用半径 l 和膜片与压盘接触半径 L由于采用拉式膜片弹簧，L 的大小将影响膜片弹簧的刚度，一般来说，值应尽量靠近 r 而略大与 r，而L 应接近 R 略小于R。 可选择：l=155，L=1707、膜片弹簧材料 制造膜片弹簧用的材料，应具有高的弹性极限和屈服极限，高的静力强度及疲劳强度，高的冲击强度，同时应具有足够大的塑性变形性能。按上述要求，国内常用的膜片弹簧材料为硅锰钢 60Si2MnA。7.4 膜片弹簧的计算 由前面已知数据：Temax =142N.m ,D=180,d=125=1.2, H/h =1.68,R/r =1.32,=,R=182,r=140,H=4.2,h=2.5 ,l=155,L=170 rf =23 ,rp =26 ,n=18, 1 =4 ，2 =12 r e =70 (1)根据下式 （7-1）式中，E-弹性模数，钢材料取E=;-泊松比，钢材料取 0.3H-碟簧部分内截锥高， h-弹簧片厚，R碟簧部分外半径（大端半径）, r碟簧部分内半径，-大端变形，L膜片弹簧与压盘接触半径，I-支承环平均半径，设 因此式就成为 （7-2）把有关数据值代入上述各式。得： 令得： 可绘制出膜片弹簧的P1- 特性曲线。如图6-3 膜片弹簧特性曲线图 （2）确定膜片弹簧的工作点位置取离合器接合时膜片弹簧的大端变形量 1b =0.65H=2.73,根据特性曲线上可以查得膜片弹簧的压紧力 P1 = P =3100N 校核后备系数 （7-3）上式中：因为 d/D=0.6940.6 所以可以很准确的算出：R c = 所以由上公式可得: =1.32离合器彻底分离时,膜片弹簧的大端变形量为:1d = 1b + f (f 即1f ) 压盘的行程 f 可取为 f =2.4 ,所以 1d =2.73+2.4=5.13 离合器刚开始分离时,压盘的行程 f =1.8 ,此时膜片弹簧的变形量为: 1c =1b + f =2.73+1.8=4.53 摩擦片磨损后,其最大磨损量 =Z c S o 式中: Z c 摩擦片总的工作面数 S o 每一摩擦面工作面的最大允许磨损量，可取 S o =0.75所以计算可得: =20.75=1.5 故 1a = 1b =1.23求离合器彻底分离时,分离轴承作用的载荷 P2 （7-4） 由公式（7-4）取1 = 1d则得：（7-5） 代入有关数值，得 p2 =1348N(4) 求分离轴承的行程 2 （7-6）由公式（7-6）取1 = f时可得公式 （7-7）代入相关数值得 7.6 又由下面两公式 （7-8）和（7-9） （7-8） （7-9）代入有关数据得： =0.76 =0.63由公式（7-10）； （7-10） 代入相关数据得：1.98mm 故