汽车设计课程设计-乘用车膜片弹簧离合器设计.doc

汽车设计课程设计说明书题 目：乘用车膜片弹簧离合器设计（3） 系 别： 机电工程系 专 业： 车辆工程 班 级： 本汽设091 姓 名： 学 号： 指导教师： 日 期： 2012年7月 乘用车膜片弹簧离合器设计摘要汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，膜片弹簧离合器本身兼压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大大简化并缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。由于膜片弹簧与压盘的整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀； 膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很小；易于实现良好的通风散热。因此对于它的研究已经变得越来越重要，此设计说明书对乘用车膜片弹簧离合器的结构形式、参数选择与及计算过程进行了详细说明。本文主要是对乘用车的膜片式弹簧离合器进行设计。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，进行了相关参数的选择与计算并进行了总成设计等。关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘； 压盘 ；摩擦片 目录1离合器概述11.1离合器的组成11.2离合器的功用11.3离合器的要求11.4离合器的工作原理21.5膜片弹簧离合器21.5.1膜片弹簧离合器的优点31.5.2拉式膜片弹簧离合器的优点42离合器结构方案选取62.1离合器的结构设计62.1.1从动盘数的选择62.1.2膜片弹簧布置形式的选择62.1.3膜片弹簧的支承形式选择62.1.4压盘的驱动方式选择72.1.5分离杠杆、分离轴承82.1.6离合器的散热通风83离合器主要参数的选择93.1后备系数的取值93.2单位压力的选择93.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙的选取103.4摩擦片外径D、内径d和厚度b的选择113.5离合器参数的约束条件的计算124膜片弹簧的设计154.1膜片弹簧基本参数的选择154.1.1比值和的选择164.1.2的比值和、的选择164.1.3的选择174.1.4分离指数目的选取174.1.5膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定174.1.6切槽宽度、及半径的确定184.1.7压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定184.1.8膜片弹簧工作点位置的选择185离合器从动盘设计215.1从动盘的结构组成与选择215.2从动盘总成设计215.2.1从动片的设计215.2.2从动盘毂的设计225.2.3摩擦片的设计226离合器压盘设计246.1压盘的传力方式选择246.2压盘的几何尺寸设计257离合器盖的设计268离合器分离装置设计278.1膜片弹簧与离合器盖的连接方式的确定278.2分离轴承与分离套筒设计279扭转减振器的设计299.1扭转减振器的结构类型及材料的选择299.2扭转减振器主要参数及减振弹簧的选择计算309.2.1极限转速的设计计算309.2.2减振弹簧个数的设计选取309.2.3扭转角刚度的设计计算309.2.4阻尼摩擦转矩的设计计算319.2.5预紧转矩的设计计算319.2.6减振弹簧的位置319.2.7减振弹簧总压力的设计计算319.2.8极限转角的设计选取329.2.9减振弹簧的尺寸3210总结33参考文献34致谢35乘用车膜片弹簧离合器设计351离合器概述1.1离合器的组成对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成而存在的。它是汽车传动系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。主动部分由飞轮、离合器盖和压盘等组成；从动部分由从动盘等组成；压紧机构由压紧弹簧组成；操纵机构由分离叉、分离轴承、离合器踏板和传动部分等组成。1.2离合器的功用1）在汽车起步时，通过离合器主动部分（与发动机曲轴相联）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋着的发动机和原为静止的传动系平稳地接合，以保证汽车平稳起步；2）当变速器换挡时，通过离合器主、从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换挡时轮齿间的冲击，便于换挡；3）当传给离合器的转矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主、从动部分将产生相对滑磨。这样，离合器就起着保护传动系防止其过载的作用。例如：当汽车紧急制动而又没有分离离合器时，由于离合器的滑磨可避免发动机因突然减速而引起巨大的惯性力矩。离合器的结构形式虽然可以各不相同，但对他们的基本使用要求却是一致的。1.3离合器的要求为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合器应满足如下要求：1）在任何行驶条件下，既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）接合完全且平顺、柔和，使汽车起步时无抖动、无冲击；分离彻底、迅速；3）工作性能（最大摩擦力矩或后备系数）稳定，即作用在摩擦片上的总压力不应因摩擦表面的磨损而有明显变化，摩擦系数在离合器工作过程中应稳定；4）离合器从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器换挡齿轮之间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损；5）能避免和衰减传动系的扭振，具有吸收振动、冲击和降低噪声的能力；6）应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于过高，延长其使用寿命；7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；8）具有足够的强度和动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长；9）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；10）设计时应注意对旋转件的动平衡要求和离心力的影响。随着汽车发动机转速、功率的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。从提高离合器的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发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。目前离合器器发展趋势是：提高可靠性和使用寿命；适应高转速，增加传递转矩的能力；简化操纵（当采用自动离合器时，可省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵）。1.4离合器的工作原理 离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮和压盘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、分离套筒和分离轴承，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。1.5膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的蝶形弹簧，主要由碟簧部分和分离指部分组成。在膜片弹簧离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。 用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了。 1飞轮； 2摩擦片； 3离合器盖； 4分离轴承； 5压盘； 6膜片弹簧； 7支撑环 （a）安装前位置 (b) 安装后 (c) 分离位置图1.1 膜片弹簧离合器工作原理示意图21.5.1膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器和其他形式的离合器相比，具有一系列优点：1）膜片弹簧具有较理想的非线性弹性特性，弹簧压力在摩擦片的允许磨损范围内基本保持不变（从安装时的工作点B变化到A点），因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变：相对圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降（从B点变化到A点），离合器分离时，弹簧压力有所下降（从B点变化到C点），从而降低了踏板压力。对于圆柱螺旋弹簧，其压力则大大增加（从B点变化到C点）。2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，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，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀。5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长。6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。膜片弹簧的制造工艺较复杂，制造成本较高，对材质和尺寸精度要求较高，其非线性弹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，膜片弹簧离合器不仅在乘用车上被大量采用，而且在各种形式上也被广泛采用。图1.2 膜片弹簧的特征曲线21.5.2拉式膜片弹簧离合器的优点拉式膜片弹簧离合器中的膜片弹簧安装方向，与传统的推式结构相反，并将支承点移到了膜片弹簧的大端附近。接合时，膜片弹簧的大端支承载离合器盖上，以中部压紧在压盘上，将分离轴承向外拉离飞轮实现离合器的分离。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，质量更小；拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径更大的膜片弹簧，提高了压紧力和传递转矩的能力，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；在接合和分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率更高；拉式的杠杆与推式的杠杆相比，且中间支承少，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25%到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，不会产生冲击和噪声；使用寿命更长。2离合器结构方案选取2.1离合器的结构设计2.1.1从动盘数的选择从动盘由摩擦片、从动钢片、减振器和花键等组成，从动盘对离合器工作性能影响很大，又是离合器结构中的薄弱环节。单片离合器的结构简单，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。与单片离合器相比，双片离合器由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大，结合也更平顺、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挡困难等。仅用于传递的转矩大且径向尺寸收到限制时。综上所述，本次设计选用单片离合器进行设计。2.1.2膜片弹簧布置形式的选择拉式膜片弹簧与推式弹簧的安装方向结构相反，结合时，其大端支承在离合器盖上，以中部压紧在压盘上，将分离轴承向外拉离飞轮实现离合器的分离。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器有很多优点：结构简单、紧凑、零件数目少、质量轻；提高了压紧力与传递转矩的能力，且比不增大踏板力，在传递相同的转矩时，可采用尺寸较小的结构；分离效率高；摩擦损失减小，传动效率高，踏板操纵轻便；不会因支承环的磨损形成间隙而使踏板行程增大，不会产生噪声和冲击；使用寿命更长。经上述理论分析，本设计采用拉式。2.1.3膜片弹簧的支承形式选择拉式弹簧离合器的支承结构形式有两种，一种是无支承环式另一种是单支承环式。无支承环式利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片弹簧铆合在一起而取消前、支承环，或在铆钉前侧一弹性挡环代替前支承环，使结构更简单或取消铆钉，离合器盖内边缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起，结构最为简单。经上述理论分析，本设计采用无支承环式。图2.1拉式膜片弹簧支承形式2.1.4压盘的驱动方式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同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一起。但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或其驱动方式有：凸块-窗孔式、传力销式、键式（键槽-指销式，键齿式）以及弹性传动片式等。1） 凸块窗孔式：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）销传动驱动式：这种方式使用销将离合器盖、压盘、飞轮连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，广泛应用于双片离合器。3）键式也是一种压盘驱动方式，包括键槽-指销式及键齿式两种，它是用键槽-指销式及键齿将压盘与飞轮相连接而又不影响分离时压盘的轴向移动。上述的几种压盘驱动方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙。这样，在传动时将产生冲击和噪声。且随着接触部分磨损的增加，间隙将加大，引起更大的冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部出现裂纹而造成零件的早期损坏。另外，在离合器分离时，由于零件之间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。为了消除上述缺点，近年来广泛采用了弹性传动片的传力方式。弹性传动片是由薄弹簧钢带冲压制成，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且多用34组沿圆周作切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机驱动时传动片受拉，当拖动发动机时传动片受压。这种用传动片驱动压盘的方式不仅消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中。经上述理论分析，本次设计采用弹性传动片驱动方式。2.1.5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推动压盘移动，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。油封轴承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。经理论分析，本次设计选用的分离轴承是油封轴承。2.1.6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C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C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。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C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C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。3离合器主要参数的选择表3.1 离合器设计参数驱动轮类型与型号发动机最大转矩N.m/(r/min)最高车速（km/h）发动机最大功率kw/(r/min)总质量（kg）工况前后轮距(mm)175/65R14131/420017076/60001435城乡1462/14573.1后备系数的取值后备系数是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑摩擦片在磨损后离合器仍可能传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵轻便等因素。显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨时间过长，不宜选得太小；为使离合器尺寸不致过大，减小传动系过载，保证操纵轻便，不宜选得过大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选得小些；当使用条件恶劣、需要拖带挂车时，为提高起步能力，减小离合器磨损，应选得大些；汽车总质量越大，也应选得大些；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的应比汽油机大些；发动机缸数越多时，转矩波动越小，可选越小；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的应大于单片离合器。这里根据表3.2及已知条件是乘用车和总质量小于6t可以选择值在1.201.75内，初选。3.2单位压力的选择单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器的工作性能和使用寿命有很大的影响，选择时考虑到离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素，根据表3.3当选取摩檫片的材料为摩擦因数高、密度较小、制造容易、价格低廉、主要应用于中、轻载荷下工作编织的石棉基材时的取值范围在0.250.35内。这里初选=0.3。表3.2离合器后备系数的取值范围【1】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表3.3 摩擦材料单位压力的取值范围2摩擦片材料单位压力金属陶瓷材料0.701.50石棉基材料模压0.150.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.350.50铁基3.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙的选取1）摩擦片的摩擦因数取决于摩擦片所用的材料及其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数受工作温度、单位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数的取值范围见表4.4。现选取摩擦片的材料为石棉基材料，选取。2） 摩擦面数为离合器的从动盘的两倍，这里选用了单片离合器所以。3） 离合器间隙就是指分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙，该间隙一般为34mm。这里取。表3.4 摩擦材料的摩擦因数f的取值范围2摩擦材料摩擦因数f金属陶瓷材料0.4石棉基材料模压0.20.25编织0.250.35粉末冶金材料铜基0.250.35铁基0.350.503.4摩擦片外径D、内径d和厚度b的选择1）直径系数的取值范围根据表3.5乘用车取为14.6表3.5 直径系数KD的取值范围2车型直径系数KD 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22.524.02）发动机最大转矩，则按以下经验公式可计算出外径： (3.1) 查表3.6均无符合的推荐值可选，因此选取非推荐值离合器内、外径值:，。3）摩擦片的厚度b主要有三种3.2mm、3.5mm和4.0mm，这里选用b=3.5mm。表3.6 摩擦片推荐值2外径D/mm内径d/mm厚度/mm单面面积/mm（170）（120）（3.0/3.2）1801253.513175.1（190）(130)(3.5)2001403.516022.1（215）（140/145）(3.5)3.5离合器参数的约束条件的计算1）单位摩擦面积滑磨功的计算，这里所用轮胎规格175/65R14的子午线轮胎，其自由直径：因计算常数，故滚动半径： （3.2） 近几年，为了降低油耗，变速器的挡数有增加的趋势。目前，乘用车一般用45挡位的变速器，这里选用五挡变速器。其最高档超速挡传动比为0.70.8，这里选用直接档传动比则主减速器的主减速比： （3.3） 这里选。选取发动机转速。已知以上条件可计算出汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功 (3.4) 则离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功: (3.5) 可见符合条件。2）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即 (3.6) ，符合条件。3）摩擦片的内、外径比c应在0.530.70范围内，在范围内。4)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，不同车型的值在一定范围内，最大范围为1.24.0。 以上已选，在范围内符合条件。5)为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须大于减震器弹簧位置直径约50mm。 （3.7） 选用则，符合条件。6）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： 发动机的最大转矩，则 (3.8) ，符合条件。为其允许值（），按表3.7选取。表3.7单位摩擦面积传递转矩的许用值2离合器规格D/mm210210250250325325/10-20.280.300.350.407）为降低离合器滑磨是的热负荷，防止摩擦片损伤，对于不同车型，单位压力 根据所用的材料在一定范围内选取，的最大范围为0.101.50MPa,以上选用了0.3MPa在范围内，符合条件。4膜片弹簧的设计4.1膜片弹簧基本参数的选择设计膜片弹簧，一定要初步选定其全部尺寸，然后进行一系列的验算，最后优选出合适的尺寸。表4.1 膜片弹簧的主要参数的选用参考值4基本参数常用范围一般范围外内径比 R/r1.21.31.21.35膜片钢板厚度 h(mm)23.424高厚比 H/r1.72.01.62.2外径厚度比 H/h759570100比值 R/r0453.55.0杠杆比（推式） (r1-rf)/(R1-r1)2.34.5-分离指的数目 n18-分离指舌尖切槽宽 1(mm)3.23.5-分离指舌根切槽宽2(mm)910-分离指舌部最宽处半径 re(mm) r-2-初始锥底角 a(o)1013915半径差值(mm)D1=R-R12417D2=r1-r0.5 306D3=rf-r00304图4.1 膜片弹簧的基本尺寸44.1.1比值和的选择比值H/h对膜片弹簧的弹性特性影响极大。弹性特性曲线图如下：图4.2 膜片弹簧弹性特性曲线2可知，当时，为增函数；时，有一极值，该极值点恰为拐点；当时，有一极大值和一极小值；当时，的极小值落在横坐标上。为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h一般为1.52.0，板厚h为24mm。为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的一般为1.52.0，板厚为24mm，这里选=3mm，则。4.1.2的比值和、的选择根据结构布置和压紧力的要求，一般为1.21.35。为使摩擦片上的压力分布均匀，拉式膜片弹簧的值宜取为大于或等于摩擦片平均半径。 (4.1)根据已知得，取90mm则。取R为120mm。4.1.3的选择膜片弹簧自由状态下圆锥底角与内截锥高度关系式根据已知条件可得：4.1.4分离指数目的选取分离指数目常取为18，大尺寸弹簧可取24，小尺寸膜片弹簧可取12，这里取常取值18。4.1.5膜片弹簧小端内半径及分离轴承作用半径的确定 由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。应大于。变速器第一轴花键直径 2 (4.2)其中经验系数K=4.04.6，这里取中间值K=4.3，则有： 根据表4.1国标选定标准花键。所以宜取30mm，可取31mm。表4.2从动盘毂花键的尺寸4摩擦片的外径D/mm发动机最大转矩Temax/(Nm)花键尺寸齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm挤压应力/Mpa1806910262132011.620010810292342011.122514710322642511.34.1.6切槽宽度、及半径的确定，这里取3.4mm;取9.5mm，取值应满足的要求，则： （4.3）4.1.7压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量靠近，这里取；应略小于R且尽量接近R，这里取=120mm。4.1.8膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧工作点位置如图4.3所示，该曲线的拐点H对应着膜片弹簧压平位置，而且。新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般，以保证摩擦片在最大磨损限度范围内的压紧力从到变化不大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C。为最大限度的减小踏板力，C点应尽量靠近N点。下面是对工作点位置选择进行相关的计算。修正系数的选取：喷丸修正系数A：A与喷丸的材料、硬度、碰撞角有关，同时还和膜片弹簧的尺寸参数有关。在设计弹簧负荷时，可在0.94到1.47范围内选取，大尺寸选取较小的数值。强压修正系数B：B取决于弹簧的塑形变形范围。它与设计规定的强压变形量及膜片弹簧的结构参数有关。选取修正系数B=1.5、A=1.11。表4.3 工作点位置计算参数外径 内径 分离指数 当量内径 支点转换系数 膜片厚度 锥形高度 中间变量: （4.4） 压平点变形 峰值点变形 （4.5） 峰谷点变形 （4.6） 压平点处负荷： 1 (4.7) 同理，可以算出其它点的值= 7346.82N，=7894.51N，= 7058.43N，= 6887.36N，= 6496.35N = 6556.35N。可以看出，计算结果都比较接近设计要求，膜片弹簧设计中预选的参数正确可用。图4.3膜片弹簧工作点位置5离合器从动盘设计5.1从动盘的结构组成与选择从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减振器等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1）从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2）从动盘应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。3）应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。现对从动盘的各部分结构进行设计。5.2从动盘总成设计5.2.1从动片的设计1）从动片要求质量轻。设计时要尽可能减轻其质量，并应使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。这是因为在汽车行驶过程中进行换挡时，首先要切断动力分离离合器，而在变速器换挡的过程中，与变速器第一轴相连的离合器从动盘的转速一定要发生变化，或是增速（由高档换低档时），或是减速（由低档换高档时）。离合器从动盘转速的变化将引起惯性力，惯性使变速器换挡齿轮的轮齿间产生冲击或使变速器中的同步器装置加速模磨损。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此，为了减小转动惯量以减轻变速器换挡时的冲击，从动片一般都做得比较薄，通常是用1.3mm2.5mm厚的、表面硬度为3540HRC的中碳钢板（如50号）或低碳钢板（如10号）钢板冲制而成。为了进一步减少从动片的转动惯量，有时将从动片外缘的盘形部分磨薄至0.6511.0mm，使其质量分布更加靠近旋转中心。在这里，选取从动片厚度为2.0mm，采用中碳钢板。2）具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。这样离合器在接合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的。由于从动片有轴向弹性，从而保证了离合器所传递的转矩能平稳地增长，这样就允许离合器在发动机较低的转速下接合，从而延长了摩擦片的使用寿命。弹性从动片还能使作用在摩擦片上的压力分布的更均匀，改善了摩擦副表面的接触，减少摩擦表面热点的形成，有利于摩擦片磨损均匀并减小。从动片的轴向弹性能更好地阻止摩擦力矩的下降，减小离合器打滑的倾向。不带波形弹簧片的从动片一般用高碳钢（50或85号钢）或钢板，热处理硬度HRC3848，其厚度一般为1.32.0mm，这里选用1.3mm即可。根据表5.1，已知花键外径32mm，可选取从动片外径D=225mm。本次设计从动片的选材为50号钢。表5.1从动盘毂花键的尺寸2摩擦片的外径D/mm发动机最大转矩Temax/(Nm)花键尺寸齿数n外径D/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm挤压应力/Mpa1806910262132011.620010810292342011.122514710322642511.35.2.2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。其安装在变速器的第一轴上。从动盘毂轴向长度不宜过小，以免分离不彻底，一般去1.01.4倍的花键轴直径。以上已计算出了花键轴的直径是22.59mm，所以可计算出从动盘毂的轴向长度。其材料一般采用锻钢（如35、45、等），并经调质处理，表面和心部硬度在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，本次设计采用镀铬工艺，选用35号钢。5.2.3摩擦片的设计离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：1）摩擦因数较高，较稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小。2）具有足够的机械强度与耐磨性。3）密度要小，以减小从动盘的转动惯量。4）热稳定性好，在高温下分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦。5）磨合性能好，不致刮伤飞轮和压盘表面。6）接合时应平顺而不产生“咬合”或“抖动”现象。7）长期停放后，摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。石棉基材编织而成的摩檫片，其有摩擦系数较高、密度较小、制造容易、价格低廉等优点，主要用于中、轻载荷下工作。综合考虑，本次设计的摩擦片采用石棉基材料。6离合器压盘设计对压盘结构设计的要求：1）压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可采用传热系数较大的铝合金压盘。2）压盘应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及离合器的彻底分离，厚度约为1525mm.3）与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于。4）压盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小。6.1压盘的传力方式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同带动从动盘转动，所以它应与飞轮连接在一起。但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由地作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或其驱动方式有：凸块-窗孔式、传力销式、键式（键槽-指销式，键齿式）以及弹性传动片式等。4） 凸块窗孔式：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）销传动驱动式：这种方式使用销将离合器盖、压盘、飞轮连接在一起，此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些，广泛应用于双片离合器。3）键式也是一种压盘驱动方式，包括键槽-指销式及键齿式两种，它是用键槽-指销式及键齿将压盘与飞轮相连接而又不影响分离时压盘的轴向移动。上述的几种压盘驱动方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙。这样，在传动时将产生冲击和噪声。且随着接触部分磨损的增加，间隙将加大，引起更大的冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部出现裂纹而造成零件的早期损坏。另外，在离合器分离时，由于零件之间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。为了消除上述缺点，近年来广泛采用了弹性传动片的传力方式。弹性传动片是由薄弹簧钢带冲压制成，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且多用34组沿圆周作切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机驱动时传动片受拉，当拖动发动机时传动片受压。这种用传动片驱动压盘的方式不仅消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中。综上所述，本次设计采用弹性传动片驱动方式。6.2压盘的几何尺寸设计压盘的厚度一般约为1525mm，这里选20mm。，知算出质量根据式来校核离合器一次结合的温升压盘温升不超过；压盘比热容；为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘，代入公式：压盘温升： (6.1) 压盘没有超过表6.1的许用值，则压盘所选数据合适可用。表6.1 不同汽车离合器容量参数的许用值1汽车种类WD/m/(Nm/kg)WD/A/(Nm/mm)HR/A/(Nm/mms)P/m/(kW/kg)P/A/(kW/mm)sin备注小轿车956806.83.8833.00.00241/8两厢式乘用车956806.83.8849.40.00351/8轻型货车717605.02.9124.70.00171/87离合器盖的设计对离合器盖的结构设计要求：1)应具有足够的刚度，否则将影响离合器的工作特性，增大操纵是的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。为此可采取如下措施：适当增大盖的板厚，一般为2.54.0mm；在盖上冲制加强肋或在盖内圆周处翻边；尺寸大的离合器盖可改用铸铁制造。2)应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。对中方式采用定位销或者定位螺栓，也可采用止口对中。3)盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4)为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风风扇片等。5)乘用车和载质量较小的商用车的离合器盖一般用08、10刚等低碳钢板。为满足以上对离合器盖结构设计的要求，本次设计选用10号低碳钢，板厚为3mm。通风散热离合器盖一般冲压成特殊形状，在离合器盖上开较大的通风窗口；为了保证刚度这里采用铸铁制造；为了保证良好的对中，这里采用了定位销定位。8离合器分离装置设计8.1膜片弹簧与离合器盖的连接方式的确定拉式弹簧离合器的支承结构形式有两种，一种是无支承环式另一种是单支承环式。无支承环式利用斜头铆钉的头部与冲压离合器盖上冲出的环形凸台将膜片弹簧铆合在一起而取消前、支承环，或在铆钉前侧一弹性挡环代替前支承环，使结构更简单或取消铆钉，离合器盖内边缘处伸出的许多舌片将膜片弹簧与弹性挡环和离合器盖上的环形凸台弯合在一起，结构最为简单。经讨论决定，本次设计选用无支承环式。8.2分离轴承与分离套筒设计分离轴承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。分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成，在工作中主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。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与挡环之间，再用弹性锁环卡紧，其优点有结构较简单、分离轴承相对分离套筒可径向移动1mm；增添了波形弹簧可使轴承在工作时不会发生晃动；当膜片弹簧与轴承不同心时，分离轴承可自动径向浮动到其同心的位置，这样可减小振动和噪声，减小分离指与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，延长了轴承寿命。综合考虑，本次设计选用拉式自动调心式分离轴承，根据第一轴花键部分直径d=21.84 mm，可以选择分离轴承和分离套筒的型号尺寸。对于调心轴承，根据下表选择。选取1206S的轴承，其轴承公称内径d=45mm，轴承公称外径D=100mm，轴承公称宽度B=25mm，内、外圈公称倒角尺寸r的单向最小尺rsmin =1.5mm，安装尺寸da=53.0mm，Da=92.0mm。分离套筒采用自行加工，根据已选的轴承和安装尺寸的要求，确定套筒的尺寸。分离轴承与分离套筒见留有间隙，以保证分离轴承可相对于分离套筒可径向移动。所以，套筒卡在轴承部位的直径为53.0mm，第一轴与轴承之间的套筒部分的厚度为10mm