标致DC7204型轿车离合器设计.doc

1 绪论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，对汽车来说，它的发动机大都是采用内燃机，但内燃机在其整个工作转速范围内转矩变化小，最低稳定工作转速高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件；因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，现代汽车上最常用的机械式传动系统，它是由离合器以及变速器，万向节传动轴，主减速器差速器等组成。在上述机械式传动系中，离合器是作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种靠其主，从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。 离合器的基本功能有三：1）汽车起步中，通过离合器主，从动部分之间的滑磨，转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。2）当变速器换档时，通过离合器主，从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时轮齿间的冲击，便于换档。 3）当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩时，其主，从动部分将产生相对磨滑。这样离合器就起着保护传动系防止其过载的作用。 随着汽车运输的发展，近年来汽车的性能，发动机的功率和转速不断提高，因此离合器还要在原有基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。增加离合器的扭转能力，提高其使用寿命，简化操作已成为离合器目前的发展趋势。 汽车离合器的基本要求有以下几点：1）能可靠地传递发动机的最大扭矩；2）结合时平顺、柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击；3）分离时要彻底、迅速；4）离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻汽车起步和换档时变速器齿轮轮齿间的冲击并方便换档；5）离合器的通风散热应良好；6）高速回转时要具有可靠的强度，应注意平衡问题和离心力的影响； 7）应使汽车传动系避免共振，并具有吸收振动、冲击和减小噪音的能力；8）操纵轻便； 9）离合器的工作性能应保持稳定； 10）应有足够长的使用寿命。 近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度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展水平的标志。 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1。 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。2 离合器的结构方案分析 单盘离合器结构简单，分离彻底，散热良好，尺寸紧凑，调整方便，从动部分转动惯量小，只要在结构上采取适当的措施便可以保证接合平顺。因此，广泛地应用在轿车和小型货车上，近年来，在重型车上的应用也日渐增多。双盘离合器与单盘离合器相比，由于摩擦面增多，因而传递扭矩的能力较大，接合平顺，在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小。但存在分离彻底性较差，中间压盘散热不良，因而热负荷较高等问题。不过如从结构上采取措施，这些问题可以得到解决。双盘离合器一般应用在传递扭矩较大并且径向尺寸受到限制的场合。多盘离合器接合平顺柔和，由于在油中工作，其工作表面磨损小，但分离不彻底（特别是在冬天），尺寸和质量较大，以往应用较小。但近年来，在国外某些重型牵引车和自卸车上得到了应用，并有不断增加的趋势。2.1 离合器结构选择与论证2.1.1 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。2.1.2 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9：1）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。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9： 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方式。2.1.4 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。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。2.1.5 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。 2.1.6 从动盘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：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。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。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。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）。2.1.7压紧弹簧的型式及布置：离合器压紧有圆柱螺旋弹簧，矩形断面圆锥弹簧和膜片弹簧三种。压紧弹簧的布置方式也有周置，中央布和斜置三种。周置弹簧离合器都采用圆柱螺旋弹簧。此种型式的离合器结构简单，制造方便，在汽车上一直广泛采用。某些重型汽车离合器，由于需要的弹簧数目较多，因而将弹簧布置在两个同心的圆周上。但该种离合器在高转速时（5000-7000r/min），周置圆柱弹将受离心力的作用而严重鼓出，这一方面使压盘压紧力显著降低，另一方面使弹簧靠到定位套或定位销座上，造成接触部分严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央弹簧离合器有些采用一个弹簧，也有采用两个的，此时轴向尺寸较大（如图2-2）。当采用弹簧离合器的弹簧压力是通过杠杆放大后再作用在压盘上的，由于在结构上可选较大的杠杆比，因而有利于减少踏板力，从而降低驾驶员的劳动强度。此外，由于弹簧与压盘不直接接触弹簧无受热退火之患；容易实现对压紧力的调整。中央弹簧离合器多用于发动机转矩大于400-500牛米的重型汽车上。斜置弹簧离合器是用在重型汽车上的一种新结构。弹簧压力Q斜向作用在传力套上，并通过压杆作用在压盘上。作用在压杆内端的轴向压力F等于弹簧压力Q的轴向分立。设弹簧中心线与离合器旋转轴线的夹角为a，则F=Qcos。当摩擦片磨损时，cos增大这样在摩擦片磨损范围内，乘积Qcos（从而压盘压紧力）几乎保持不变。同样当分离时右拉传力套，Qcos也大致不变。因此，这种离合器与周置弹簧离合器相比，突出的优点是工作性能十分稳定，踏板力较小。膜片弹簧离合器具有一系列优点：具有较理想的非线性特性，离合器在使用中能保持其传递扭矩的能力大致不变，还可以降低踏板力；摩擦力矩在高速时降低很小，性能稳定；膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构大为简化，零件数量减少，离合器轴向尺寸缩短；易于实现良好的散热通风；压力分布均匀；平衡性好。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，目前，在国外生产的膜片弹簧离合器系列广泛用于轿车，轻型车和中性货车及客车上，但在国内应还比较少。在本设计中，主要考虑到目前国内汽车行业的实际情况，使该离合器制造方便，加工工艺性好以及结构简单等原因，且该车用汽油机的醉倒功率Nemax=110KW/2600/min。发动机最高转速不太高，因而该离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，布置方式采用周置。2.2 主要零件的设计2.2.1 从动盘从动盘由摩擦片、从动钢片、减振器和花键毂等零部件组成。对离合器工作性能影响很大，因此在结构和摩擦材料选择的方面尤为重要。摩擦片在性能上要求摩擦系数比较稳定，工作温度、滑磨速度、单位压力的变化对其影响较小；要尤足够的机械强度和耐磨性；热稳定性要好；磨合性要好；密度要小（特别是在高速条件工作时）；有利于接合平顺；长期停放，离合器摩擦面间不发生“粘着”现象。因而，离合器摩擦片，所用的材料为：石棉基摩擦材料、烧结金属和金属陶瓷等材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉织物（常用金属丝增强）粘结剂（通常用树脂或橡胶或者同时使用）和特种添加剂热压而成。其摩擦系数大约0.3-0.45。当温度超过250度时，摩擦系数可降低到0.25以下，磨损急剧增加，并且树脂和橡胶等有机成分容易变质和烧裂。该材料价格低，密度小，在大多数汽车离合器中使用效果良好。烧结金属或金属陶瓷制成的摩擦片，其高温耐磨性好，传热性好，摩擦系数较高，允许有较大的单位压力。但这些材料价格较高，密度较大，不能保证离合器接合的柔和性。目前，由川汽厂生产的红岩重型车上就采用了由陶瓷材料制成的摩擦片。从动钢片多用薄钢板冲压制成，为防止由于离合器工作温度的升高而引起从动片的翘曲，多在从动钢片上沿径向开有几条切口。摩擦片与从动片之间的固紧方法有两种：即铆接法和粘接法。铆接法连接可靠，更换摩擦方便，但当铆钉头与主动盘表面接触时，会 加剧主动盘工作表面的局部磨损，且外，磨损后的生成物附在工作表面上还会影响摩擦系数。粘接法可以增加摩擦片的摩擦面积，且摩擦片的厚度利用也较好，还具有较高的抗离心力和切向力的能力，但修理时换装摩擦片较麻烦。本设计中选用的摩擦材料为石棉基摩擦材料，这是由于石棉基摩擦材料的性能满足离合器的性能要求，而且在结构上还能改善散热通风的能力。离合器摩擦片与从动片间的连接采用铆接法。由于本次设计的任务为双盘离合器，这种结构的接合本身就比较平顺，因而在从动盘中不必设计减振器。2.2.2 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1214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。2.2.3 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。2.3.4 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。 2.3.5运动零件的限位为了保证离合器正常工作和对离合器的准确操纵，需对运动零件进行限位。对经常接合式离合器，当离合器处于接合位置时，应使分离杆内端与分离轴承之间稳定地保持调整好的间歇值（3-4mm），这一位置的稳定由离合器的压紧弹簧和分离轴承的分离的回位弹簧加以保证。当分离离合器时，应对踏板最大行程有限位。对双盘离合器，当处于分离状态时，为保证离合器分离彻底，对中间压盘的分离应加以保证和限制（通常应具有1.25mm左右的移动量），这由专门的分离结构（如设置中间压盘分离弹簧和限位螺钉）加以保证。2.3.6离合器的调整由于离合器的摩擦衬面在工作时有磨损，故离合器需要进行定期调整。这类调整的项目有：1)分离杠杆内端与离合器轴承之间的间隙值的调整。这一间隙的调整是为恢复踏板处的自由行程，通常保持该间隙值为34mm；2)调整各个分离杠杆的内端使之处于离合器轴的同一垂直面内，这一调整的目的是为了在分离离合器时能均匀的拉开压盘，保证离合器分离彻底。这些项目的调整由分离杠杆端部的调整螺钉（或调整螺帽）进行调整，且有调整后锁住的结构。3主要参数的选择 摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为： 式中，为静摩擦力矩；为压盘施加在摩擦面上的工作压力；为摩擦片的平均摩擦半径；为摩擦面数，是从动盘数的两倍。假设摩擦片上工作压力均匀，则有： 式中，为摩擦面单位压力，为一个摩擦面的面积；为摩擦片外径；为摩擦片内径 摩擦片的平均摩擦半径，根据压力均匀的假设，可表示为：当dD06时，可相当准确地由下式计算：由上可得 式中，c为摩擦片内外径之比，c=dD，一般在0.530.70之间。 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时应大于发动机最大转矩，即： 式中，为发动机最大转矩；为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。 3.1 后备系数 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择夕时，应考虑以下几点： 1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 2)要防止离合器滑磨过大。 3)要能防止传动系过载。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应选得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。 各类汽车口值的取值范围通常为：轿车和微型、轻型货车 =1.201.75中型和重型货车 =1.502.25越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =1.804.003.2 单位压力 单位压力对离合器工作性能和使用寿命有很大影响，选取时应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。离合器使用频 繁，发动机后备系数较小时，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处 的热负荷，应取小些；后备系数较大时，可适当增大。一般轿车可取0.180.28MPa；货车为0.140.23MPa。当摩擦片采用不同材料时，按下列范围选取：石棉基材料 =0.100.35MPa粉末冶金材料 =0.350.60MPa金属陶瓷材料 =0.701.50Mpa3.3 摩擦片外径D、内径d和厚度h 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，即可估算出摩擦片尺寸。由上述分析选取后备系数=1.5 单位压力=0.25MPa 选取c为摩擦片内外径之比，c=dD=0.6 摩擦系数f=0.25 摩擦面数Z=2 =200Nm 经整理可得摩擦片外径：根据JB457-74的规定。选取外径D=250mm内径d =165mm厚度h=3.5mm4 膜片弹簧的设计 4.1膜片弹簧主要参数的选择 4.1.1 比值Hh和h的选择 比值Hh对膜片弹簧的弹性特性影响极大。当Hh 2 时，有一极大值和一极小值；当Hh=2 2 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Hh一般为1.62.2，板厚为24mm。 选取h=3mm h/H=1.6 得H=4.8mm4.1.2 比值Rr和R、r的选择 研究表明，Rr越大，弹簧材料利用率越低，弹簧刚度越大，弹性特性曲线受直径误差影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求，Rr一般为120135。为使摩擦片上压力分布较均匀，推式膜片弹簧的R值应取为大于或等于摩擦片的平均半径，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于。而且，对于同样的摩擦片尺寸，拉式的R值比推式大。 通常选取R/r=1.25 R=105mm r=83.5 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H关系密切，=arctanH(Rr) H(Rr)，一般在范围内。 = H(Rr)=4/(105-83.5)= 4.1.4 膜片弹簧工作点位置的选择膜片弹簧的弹性特性曲线，如图4-1所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且=( +)2。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=(0810)，以保证摩擦片在最大磨损限度范围内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，为最大限度地减小踏 板力，C点心尽量靠近N点。 图4-1 膜片弹簧的弹性特性曲线 4.1.5 分离指的数目n和切槽宽，以及半径 分离指数目n常取为18， =3.2 3.5mm ; =910mm;的取值应满足。 取n=18,切槽宽=3.2mm =11mm, =13mm, 得=70.5mm4.1.6 膜片弹簧小端半径及分离轴承作用半径 由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴的花键外径。应大于取=25 =27 4.1.7 支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径 与的取值将影响膜片弹簧的刚度。应略大于且接近r；应略小于且接近 取=84 =103 4.2 膜片弹簧材料及制造工艺 国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量的位移，使其过分离38次，并使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。一般来说，经强压处理后，在同样的工作条件下，可提高膜片弹簧的疲劳寿命530。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也 可提高疲劳寿命。 为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。 膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为4550HRC，分离指端硬度为5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚度的3。膜片弹簧的内外半径公差一般为Hil和h11，厚度公差为0.025mm，初始底锥角公差10。上、下表面的表面粗糙度为1.6m，底面的平面度一般要求小于0.1mm。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小0.81.0mm。 4.3 膜片弹簧的载荷变形特性及强度校核 假设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)。通过支承环和压盘加在膜片弹簧上的载荷Fl集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为1，(图4-3b)，则有关系式式中，正为材料的弹性模量，对于钢：E=2.1X105MPa； 为材料的泊松比，对于钢：=0.3；H为膜片弹簧 自由状态下碟簧部分的内截锥高度；h为膜片弹簧钢板 厚度；R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小端半 径；R1、r1分别为压盘加载点和支承环加载点半径。 离合器分离时，膜片弹簧的加载点发生变化，见图4-3c。设分离轴承对分离指端所加载荷为F2，相应 作用点变形为 2，另外，在分离与压紧状态下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，其子午断面从自由状态也转过相同的转角，则有如下关系 图4-2 子午断面绕中性点O转动 式中，为分离轴承与分离指的接触半径。 图4-3 膜片弹簧在不同工作状态时的形变a)自由状态 b)压紧状态 c)分离状态如果不计分离指在F2作用下的弯曲变形，则分离轴承推分离指的移动行程入2f为 式中，为压盘的分离行程(图4-3b、c)。 1）根据公式画出特性曲线：2）确定膜片弹簧的工作点位置： 2=（2.6+4.5）/2=3.55 由图可得曲线凸点M和凹点N的坐标。=2.6=4.5=(0810)=0.8=0.83.55=2.9摩擦片最大允许磨损量=20.5=1 式中离合器的摩擦工作面数，单片=2； 每个摩擦工作表面的最大允许磨损量，一般为0.51 C点为离合器彻底分离时的工作点。它靠近N 点为好，以减小分离轴承的推力使操纵轻便。 取=4.9 压盘的行程=- =4.9-2.9=2 由曲线图得工作点B 的压紧力 =4432N 校核后备系数： =1.47 3）离合器彻底分离时，分离轴承作用的载荷：代入数据得：P2=1402.3N 4）分离轴承的实际行程： =将数据代人得：2f=2.01 故 5）强度校核: 求 =H=4.8=6.8mm当离合器彻底分离，大端变形时，取入1=5.8 因此B点的当量应力=代人数据得： =1585MPa 可取14001600 Mpa 因此强度校核合格。5 扭转减振器的设计 扭转减振器主要由弹性元件(减振弹簧或橡胶)和阻尼元件(阻尼片)等组成。弹性元件的主要作用是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(通常为三阶)固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。所以，扭转减振器具有如下功能： 1)降低发动机曲轴与传，动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。 2)增加传动系扭振阻尼，抑制扭转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬态扭振。 3)控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速噪声和主减速器与变速器的扭振与噪声。 5.1 扭转减振器主要参数选择 5.1.1扭转减振器的极限转矩Tj扭转减振器的极限转矩Tj由减振弹簧的最大变形量来确定，它规定了减振器起作用的上限。 5.1.2扭转减振器的角刚度Ca 扭转减振器的角刚度Ca是指离合器从动片相对于其从动盘毂转1rad所需的转矩值。为了避免引起系统的共振，要合理选择减振器的角刚度Ca，使共振现象不发生在发动机常用工作转速范围内。角刚度的定义为：式中T加在从动片上的转矩； 从动片相对于其从动盘毂转过的角度。 减振器角刚度的最后确定，常常只能是结构所允许的设计结果。 在设计时可按下面经验公式初选角刚度Ca： 取 5.1.3 阻尼摩擦转矩Tf 由于减振器扭转刚度是，受结构及发动机最大转矩的限制，不可能很低，故为了在发动机工作转速范围内最有效地消振，必须合理选择减振器阻尼装置的阻尼摩擦转矩Tf一般可按下式初选:5.1.4预紧转矩Ty 减振弹簧在安装时都有一定的预紧。研究表明，增加Ty，共振频率将向减小频率的方向移动，这是有利的。但是不应大于Tf，否则在反向工作时，扭转减振器将提前停止工作，故取： Ty=Tf=20.3 NM5.1.5极限转角max 即减振器主、从动部分的最大相对转角。一般为3.04.5。故取：max=45.1.6减振弹簧的位置半径 的尺寸应尽可能大些，一般取 5.1.7减振弹簧个数 参照选取=65.1.8减振弹簧总压力当限位销与从动盘毂之间的间隙1或2被消除，减振弹簧传递转矩达到最大值时减振弹簧受到的压力为6.离合器的操纵机构6.1操纵机构的要求对操控机构的要求有:1)踏板力要小，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80150mm范围内，对货车最大不超过180mm。 3)踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可以复原。 4)应有对踏板行程进行限位的装置，以防止操纵机构因受力过大而损坏。 5)应具有足够的刚度。 )传动效率要高。 7)发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。 6.2 操纵机构结构形式选择 汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，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作轻便。轻便性包括两个方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是应有踏板形成的校正机构。离合器操纵机构按分离时所需的能源不同可分为机械式、液压式、弹簧助力式、气压助力机械式、气压助力液压式等等。 常用的离合器操纵机构主要有机械式、液压式等。 机械式操纵机构有杆系和绳索两种形式。杆系传动机构结构简单、工作可靠，广泛应用于各种汽车中。但其质量大，机械效率低，车架和驾驶室的变形会影响其正常工作，在远距离操纵时布置较困难。绳索传动机构可克服上述缺点，且可采用适宜驾驶员操纵的吊挂式踏板结构。但其寿命较短，机械效率仍不高。此形式多用于轻型轿车中。 液压式操纵机构主要由主缸、工作缸和管路等部分组成，具有传动效率高、质量小、布置方便、便于采用吊挂踏板、驾驶室容易密封、驾驶室和车架变形不会影响其正常工作、离合器接合较柔和等优点。此形式广泛应用于各种形式的汽车中。本次是轿车的离合器设计因此采用绳索式操纵机构。 6.3 操纵机构的设计计算 6.3.1总传动比和总行程的计算 如图6-1所示给出了机械式和液压式操纵机构的计算用简图。踏板总行程由自由行程和工作行程两部分组成，即 机械式操纵机构的总传动比和总行程式中分离轴承的自由行程，一般为24，反映到踏板上即为踏板自由行程，一般为2030；S压盘行程： 0.75+0.25=1.75cZ离合器摩擦表面数（单片为2，双片为4） S?离合器在分离状态下对偶摩擦面间的间隙，单片离合器取0.751.0；双片取0.50.6 m离合器在结合状态下从动盘的变形量，具有轴向弹性的从动盘取1.01.5；非弹性从动盘取0.150.25 a,b,c,d,e,f见图。6.3.2 离合器彻底分离时的踏板力Q 式中离合器彻底分离时压紧弹簧的总压力；操纵机构的总传动比； 操纵机构的总传动效率，机械式取0.70.8；液压式取0.80.9克服回位弹簧拉力所需的踏板力。（初始设计时可忽略）。 7 离合器的结构元件7.1 从动盘总成 从动盘总成主要由摩擦片、从动片、减振器和花键毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求： 1)转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 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。 为了使从动盘具有轴向弹性，常用的方法有： 1)在从动盘上开“T”形槽，外缘形成许多扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形。两侧的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形上。“T”形槽还可以减小由于摩擦发热而引起的从动片翘曲变形。这种结构主要应用在货车上。 2)将扇形波形片的左、右凸起段分别与左、右侧摩擦片铆接。由于波形片比从动片薄，故这种结构轴向弹性较好，转动惯量较小，适宜于高速旋转，主要应用于轿车和轻型货车。 3)利用阶梯形铆钉杆的细段将成对波形片的左片铆在左侧摩擦片上，并交替地把右片铆在右侧摩擦片上。这种结构弹性行程大，弹性特性较理想，可使汽车起步极为平顺。它主要应用于中、高级轿车。 4)将靠近飞轮的左侧摩擦片直接铆合在从动片上，只在靠近压盘侧的从动片铆有波形片，右侧摩擦片用铆钉与波形片铆合。这种结构转动惯量大，但强度较高，传递转矩能力大，主要应用于货车上，尤其是重型货车。 离合器摩擦片在性能上应满足如下要求： 1) 摩擦因数较高且较稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小。 2) 有足够的机械强度与耐磨性。 3) 密度要小，以减小从动盘转动惯量。 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。 离合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。 石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高(大约为0.30.45)、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑磨速度的影响大，目前主要应用于中、轻型货车中。由于石棉在生产和使用过程中对环境有污染，对人体有害，所以现在正以玻璃纤维、金属纤维等来替代石棉纤维。粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的单位压力较高以及寿命较长等优点，但价格较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要用于重型汽车上。 摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，更换摩擦片方便，适宜从动片上装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。粘接方式可增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高的抗离心力和切向力的能力，但更换摩擦片困难，且使从动盘难以装波形片，无轴向弹性，可靠性低。 花键毂是离合器中承受载荷最大的零件，它装在变速器输入轴前端的花键上，一般采用齿侧对中的矩形花键，花键轴与孔采用动配合。 花键毂轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径。花键毂一般采用锻钢(如45钢，40Cr等)，表面和心部硬度一般在2632HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺，对减振弹簧窗口及与从动片配合处应进行高频处理。 从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳钢板(如50钢)或低碳钢板(如10钢)，一般厚度为1.32.5mm，表面硬度3540HRC。 波形片一般采用65Mn，厚度小于1mm，硬度为4046HRC，并经过表面发蓝处理。 减振弹簧常采用60Si2MnA、50CrVA、65Mn等弹簧钢丝。 7.2 离合器盖总成 离合器盖总成除了压紧弹簧外还有离合器盖、压盘、传动片、分离杠杆装置及支承环等。 对离合器盖结构设计的要求： 1)应具有足够的刚度，以免影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，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铸造。 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口，将离合器制成特殊的叶轮形状，或在盖上加设通风扇片等，用以鼓风。 中、轻型货车及轿车的离合器盖一般用08F、08Al、08钢等低碳钢板，重型汽车则常用铸铁件或铝合金压铸件。 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肋或鼓风肋，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以及与离合器的彻底分离。 3)与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡。 4)压盘高度尺寸(从承压点到摩擦面的距离)公差要小。 压盘通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，也有少数采用合金压铸件。 传动片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时，又可利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡。 传动片常用34组，每组24片，每片厚度为0.51.0mm，一般由弹簧钢带65Mn制成。对于分离杠杆装置的结构设计要求： 1)分离杠杆应具有较大的弯曲刚度，以免分离时杆件弯曲变形过大，减小了压盘行程，使分离不彻底。 2)应使分离杠杆支承机构与压盘的驱动机构在运动上不发生干涉。 3)分离杠杆内端高度应能调整，使各内端位于平行于压盘的同一平面，其高度差不大于0.2mm。 4)分离杠杆的支承处应采用滚针轴承、滚销或刀口支承，以减小摩擦和磨损。 5)应避免在高速旋转时因分离杠杆的离心力作用而降低压紧力。 6)为了提高通风散热能力，町将分离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。 分离杠杆主要有钢板冲压和锻造成形两种生产方式。 支承环和支承铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性要好。支承环一般采用3.04.0mm的碳素弹簧钢丝。 7.3 分离轴承总成 分离轴承总成由分离轴承、分离套等组成。分离轴承在工作中主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。以前主要采用推力球轴承(图218a)或深沟球轴承，但其润滑条件差，磨损严重，噪声大，可靠性差，使用寿命低。目前，国外已采用角接触球轴承(如图7-1b、c)，并采用全密封结构和高温锂基润滑脂，其端部形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。 图7-2为一种拉式膜片弹簧离合器广泛采用的自动调心式分离轴承装置。在轴承外圈2与分离套筒5外凸缘和外罩壳3之间以及轴承内圈1与分离套筒内凸缘之间都留有径向间隙，这些间隙保证了分离轴承相对于分离套筒可径向移动lmm左右。在外圈2与套筒5的端面之间装有一波形弹簧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，延长轴承寿命。另外，分离轴承由传统的外圈转动改为内圈转动、外圈固定不转而由内圈来推动分离指 的结构，适当地增大了膜