毕业设计（论文）-别克君威2.0L离合器设计.doc

全套图纸加扣3012250582第1章 绪论1.1选题的目的 希望能通过这次的毕业设计对我大学四年学到的知识进行一个总结。希望能通过这次的离合器设计巩固我大学四年中学到的知识，能够更清楚的了解认识离合器从而了解汽车的整体布置。本次设计中我力争把离合器设计系统化，希望我的设计能对别的设计者有一定的参考价值。1.2离合器的发展史 离合器的发展是随着变速箱的出现而出现的。离合器最早出现在1889年戴姆勒在他的汽车上首次应用了四变速箱和摩擦离合器。但扭矩仍然由皮带传到后轮。随着汽车的高速发展，离合器的作用也越来越重要。从1891年摩擦式汽车离合器的诞生，到1948年年液力变矩器的出现，再到现在各种智能控制技术不断应用于汽车工业，汽车离合器技术始终伴随着汽车工业的发展而发展。随着新兴汽车传动技术的越来越普及应用，传统的汽车离合器将逐渐淡出历史舞台。在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结构形式是锥形摩擦离合器。锥形摩擦离合器传递扭矩的能力，比相同直径的其他结构形式的摩擦离合器要大。但是，其最大的缺点是从动部分的转动惯量太大，引起变速器换挡困难。而且这种离合器在接合时也不够柔和，容易卡住1。此后，浸在油中工作的所谓湿式的多片离合器逐渐取代了锥形摩擦离合器。但是多片湿式摩擦离合器的片与片之间容易被油粘住（尤其是在冷天油液变浓时更容易发生），导致分离不彻底，造成换挡困难。所以它又被干式所取代。多片干式摩擦离合器的主要优点是由于接触面数多，故接合平顺柔和，保证了汽车的平稳起步。但因片数较多，从动部分的转动惯量较大，还是感到换挡不够容易。另外，中间压盘的通风散热不良，易引起过热，加快了摩擦片的磨损甚至烧伤和破裂。如果调整不当还可能引起离合器分离不彻底。多年的实践经验使人们逐渐趋向于采用单片干式摩擦离合器。它具有从动部分转动惯量小，散热性好，结构简单，调整方便，尺寸紧凑，分离彻底等优点。而且只要在结构上采取一定措施，也能使其接合平顺。因此，它得到了极为广泛的应用。如今，单片干式摩擦离合器在结构设计方面也相当完善：采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性；离合器中装有扭转减振器，防止了传动系统的共振，减少了噪音；以及采用了摩擦较小的分离杆机构等。另外，采用了膜片弹簧作为压簧，可同时兼起到分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。膜片弹簧和压盘的环行接触，可保证压盘上的压力均匀。由于膜片弹簧本身的特性，当摩擦片磨损时，弹簧的压力几乎没有改变，且可减轻分离离合器时所需要的踏板力。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上多采用多片干式离合器。次外，近年来由于多片湿式离合器在技术上的不断改善，在国外的某些重型牵引汽车和自卸车上又开始采用多片湿式离合器，并有不断增加的倾向。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制制冷的结果，摩擦表面的温度较低（不超过93）。因此，允许起步时长时间地打滑或用高档起步而不致烧损摩擦片，具有良好的起步能力。据说这种离合器的使用寿命可达干式离合器的倍1。为了实现离合器的自动操纵，有自动离合器。采用自动离合器时可以省去离合器踏板，实现汽车的“双踏板”操纵。与其他自动传动系统（如液力传动）相比，它具有结构简单，成本低廉及传动效率高的优点。因此，在欧洲小排量汽车上曾得到广泛的应用。但是在现有自动离合器的各种结构中，离合器的摩擦力矩的力矩调节特性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器往往容易打滑。因此必须提前换如低档以防止摩擦片的早期磨损以至烧坏。这些都需要进一步改善。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势2。1.3离合器的概述 对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动中式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接的总成。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。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，其组成如下2：离合器主动部分从动部分压紧机构操纵机构飞轮离合器盖压盘从动盘压紧机构分离叉分离轴承离合器踏板传动部件主、从动部分和压盘机构时保证离合器处于结合状态并能传递动力的基本结构，操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。1.4离合器的分类离合器的分类按照国家标准GBT10043-2003。汽车离合器有摩擦式离合器、液力变矩器(液力偶合器)、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。目前，与手动变速器相配合的绝大多数离合器为干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式（图1-1）、双盘式（图1-2）和多盘式等几种。湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热。采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，并将这些弹簧沿压盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器称为膜片弹簧离合器，膜片弹簧离合器又分为推式膜片弹簧离合器（图1-3）和拉式膜片弹簧离合器（图1-4）两种。液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的接合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。图1-1单片离合器 图1-2双片离合器 图1-3 推式离合器图1-4 拉式离合器1.5离合器的主要功用1.5.1保证汽车平稳起步起步前汽车处于静止状态，如果发动机与变速器是刚性连接的，一旦挂上档，汽车将由于突然接上动力而突然前冲。不但会造成机件的损伤，而且驱动力也不足以克服汽车前冲产生的巨大惯性力，使发动机转速急剧下降而熄火。如果在起步时利用离合器暂时将发动机和变速器分离，然后离合器逐渐接合。由于离合器的主动部分与从动部分之间存在着打滑现象，可以使离合器传出的扭矩由零逐渐增大，而汽车的驱动力也逐渐增大，从而使汽车平稳地起步。1.5.2便于换挡汽车行驶过程中，经常要换用不同的档位，以适应不断变化的行驶条件。如果没有离合器将发动机与变速器暂时分离。那么，变速箱中啮合的传动齿轮会因载荷没有卸除，其啮合齿面间的压力很大而难以分开。另一对待啮合的齿轮会因二者圆周速度不等而难以啮合。即使强行进入啮合也会产生很大的齿端冲击，很容易损坏机件。利用离合器使发动机和变速箱暂时分离后再进行换档，则原来啮合的一对齿轮因载荷卸除，啮合面间的压力大大减小，就容易分开。而待啮合的另一对齿轮，由于主动齿轮与发动机分开后转动惯量很小，采用适合的换档动作就能使待啮合的齿轮圆周速度相等或接近相等，从而避免或减轻齿轮间的冲击。1.5.3防止传动系过载汽车紧急制动时，车轮突然急剧降速，而与发动机相连的传动系由于旋转的惯性，仍然保持原有的转速，这往往会在传动系中产生远大于发动机转矩的惯性矩，使传动系的零件容易损坏。由于离合器是靠摩擦力来传递扭矩的，所以当传动系内载荷超过摩擦力所能传递的转矩时，离合器的主、从动部分就会自动打滑，因而起到了防止传动系过载的作用。由上述可知，欲使离合器起到以上几个作用，它就应该是这样的一个传动机构：其主动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能产生相对运动。所以离合器的主动部分和从动部分之间不可采用刚性联系。应借用两者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器），或者利用液体作为传动介质（液力偶合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。在离合器中产生摩擦所需要的压紧力，可以是弹簧力、液压作用力或电磁力。目前汽车上采用比较广泛的是用弹簧压紧的摩擦离合器（通常称为摩擦离合器）3。1.6现代离合器设计满足的要求 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基本要求： 1）在任何行驶条件下，既能可靠的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）离合器分离时要迅速、彻底。 4）从动部分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。 5）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材料的摩擦因素在离合器工作过程中变化要尽可能小，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、经凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。随着汽车运输的发展，离合器还要在原有的基础上不断改进和提高，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的性能在向高速发展，发动机的功率和转速不断提高，载重汽车趋向大型化，国内也有类似的情况。此外，对离合器的使用要求也越来越高。所以，增加离合器的传扭能力，提高其使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势2。1.7离合器的工作原理简单摩擦离合器的机构和工作原理如图1-5和1-6所示。发动机飞轮是离合器的主动件，压紧弹簧将从动盘压紧在飞轮断面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过变速箱的第一轴和传动系统中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，所以汽车离合器的主动部分和从动部分经常处于结合状态。摩擦副之间采用弹簧作为压紧装置即是为了适应这一要求。欲使离合器分离时，只要踩下操纵机构中的离合器踏板，套在从动盘毂环槽中的拨叉便拨动从动盘，克服压紧弹簧的压力向右移动而与飞轮分离，摩擦副之间的摩擦力消失，从而中断了动力传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速的变化比较平稳，应该适当控制放松离合器踏板的速度，使从动盘在压紧弹簧的压力作用下向左移动。与飞轮恢复接触，二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐渐增大，二者的转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度才于发动机转速成正比。摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦副间的最大静摩擦力矩，而后者又取决于摩擦面间的压紧力、摩擦因素以及摩擦面的数目和尺寸。因此，对于结构一定的离合器来说，最大静摩擦力矩时一个定值。当输入转矩达到此直时，则离合器出现打滑现象，因而限制了传给传动系统的转矩，以防止超载3。有上述工作原理可以看出，摩擦离合器主要有主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。在保证可靠传递发动机最大转矩的前提下，离合器的具体结构应能满足主、从动部分分离彻底，接合柔和，从动部分的转动惯量要尽可能小，散热良好，操纵轻便，良好的动平衡等基本性能要求。在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量的热。离合器接合越柔和，产生的热量越大。这些热量如不及时地散发出去，对离合器的工作将产生严重影响。 图1-5 离合器原理 图1-6 离合器原理第2章 方案论证2.1离合器车型的选定本设计主要针对微型车车型，变速箱形式为手动变速箱，故选定的车型为别克君威2.0L，该车主要参数如下表4：表2-1 别克君威2.0L主要性能参数 汽车型号别克君威（2.0L）发动机最大功率（KW）/ (r/min)91/5400总质量（kg）1488发动机最大转矩（N*m）180/4000轮胎规格215/70R15最高车速（Km/h）170车轮半径（mm）334最高转速 (r/min)6000驱动桥主减速器比io4.45载重量 (kg)375变速器档传动比ig3.582.2离合器结构形式的选择汽车离合器有摩擦式、电磁式和液力式三种类型。电磁生磨擦接合，或者啮合，从而获得扭矩的传递。这种离合器的优点是转输扭矩大，没有积累误差，可以做分度和定位结合。缺点是不可以高速接合。液力式离合器是以液体为介质的叶片传动，其确切定义是：工作叶片与工作液体相互作用，引起机械能与液体能的相应转换。其优点是减轻车辆的振动，提高了车辆乘坐舒适性，使车辆起步平稳，加速均匀、柔和。摩擦式离合器是现在最广泛运用的离合离合器种类非常多，但工作原理只有一个，就是磁力线圈产生磁场，使主动和从动联接机构产器。摩擦式离合器的特点是结构更简单、紧凑中间支承少，摩擦损失少，传动效率高，使踏板操纵更轻便，使用寿命长。因为汽车上使用广泛的是用弹簧压紧的摩擦离合器3。在本次的设计中选用的机构形式为摩擦式离合器。2.3摩擦离合器形式的选择对于摩擦离合器，根据其所用的从动盘的数目、压紧弹簧的形式及其安装方式以及操纵机构形式的不同，其总体构造也各不相同。摩擦离合器可分为干式离合器和湿式离合器又根据从动盘数目不同可分为单盘式、双盘式和多盘式。2.3.1单片干式摩擦离合器单片干式摩擦离合器如图2-1所示，其结果简单，分离彻底，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柔顺。因此，广泛用于各级轿车及微、轻、中型客车与货车上，在发动机转矩不大于的大型客车和重型货车上也有所推广3。当转矩更大时可以采用双片离合器。2.3.2双片干式摩擦离合器双片干式摩擦离合器 如图2-2所示。与单片离合器相比，由于摩擦面增多使传递转矩的能力增大，接合也更平顺、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档困难等。2.3.3多片湿式离合器多片湿式离合器摩擦面更多，接合更加平顺柔和；摩擦片浸在油中工作，表面磨损小。但分离行程大、分离也不易彻底，特别是在冬季油液粘度增大时；轴向尺寸大；从动部分的转动惯量大，故过去未得到推广。近年来，由于多片湿式离合器在技术方面的不断完善，重型车上又有采用，并有不断增加的趋势。据称其使用寿命可较干式高出56倍1。 通过各结构优缺点的比较及本次设计所针对的车型,故本次设计选用的是单片干式摩擦离合器。 图2-1 单片离合器 图2-2 双片离合器2.4压紧弹簧布置形式的选择 单片干式摩擦离合器根据所用压紧弹簧布置位置的不同，可分为中央弹簧离合器、斜置弹簧离合器和周置弹簧离合器；根据所用压紧弹簧形式的不同，可分为圆柱螺旋弹簧离合器、圆锥螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器。2.4.1中央弹簧离合器中央弹簧离合器采用一个矩形断面的圆锥螺旋弹簧或用个圆柱螺旋弹簧做压簧并布置在离合器接触处，因此压盘由于摩擦而产生的热量不会直接传给弹簧而使其回火失效。压簧的压紧力是经杠杆系统作用于压盘，并按杠杆比放大，因此可用力量较小的弹簧得到足够的压盘压紧力，使操纵较轻便。采用中央圆柱螺旋弹簧时离合器的轴向尺寸较大，而矩形断面的锥形弹簧则可明显缩小轴向尺寸，但其制造却比较困难，故中央弹簧离合器多用在重型汽车上以减轻其操纵力。根据国外的统计资料：当载货汽车的发动机转矩大于400450Nm时2，常常采用中央弹簧离合器。2.4.2斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构显著优点是摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。以数目较多的一组圆柱螺旋弹簧为压紧弹簧，分别以倾角（弹簧中心线与离合器中心线间的夹角）斜向作用于传力套上，后者再推动压杆并按杠杆比放大后作用到压盘上。这时，作用在压杆内端的轴向推力等于弹簧压力的轴向分力。当摩擦片磨损后压杆内端随传力套前移，使弹簧伸长，压力减小，倾角亦减小，而余弦值则增大。这样即可使在摩擦片磨损范围内压紧弹簧的轴向推力几乎保持不变，从而使压盘的压紧力也几乎保持不变。同样，当离合器分离时后移传力套，压盘的压紧力也大致不变。因此，斜置弹簧离合器与前两种离合器相比，其突出优点是工作性能十分稳定。与周置弹簧离合器比较，其踏板力约可降低35。此结构在最大总质量大于14t的商用车上已有采用2。2.4.3斜置弹簧离合器周置弹簧离合器如图2-1所示，周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧其特点是结斜置弹簧离合器构简单、制造容易，因此应用较为广泛。当发动机最大转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使离合器传递转矩能力随之降低。有的重型汽车将压紧弹簧布置在同心的两个圆周上。周置弹簧离合器的结构简单、制造方便，过去广泛用于各种类型的汽车上。现代由于轿车发动机转速的提高，在高转速离心力的作用下，周置弹簧易歪斜甚至严重弯曲鼓出而显著降低压紧力；另外，也使弹簧靠到定位座柱上而使接触部位严重磨损甚至出现断裂现象。因此，现代轿车及微、轻、中型客车多改用膜片弹簧离合器。但在中、重型货车上，周置弹簧离合器仍得到广泛采用。2.4.4膜片弹簧离合器作为压紧弹簧的膜片弹簧，是由弹簧钢制成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片（图2-3）。且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切的槽大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承环。它借助固定在离合器盖上的一些铆钉来安装定位。当离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧不受力而处于自由状态。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，后支承环则挤压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角度变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于接合状态。当离合器分离时，分离轴承前移使膜片弹簧压前支承环并以此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使离合器分离。 图2-3 膜片弹簧 图2-4 膜片弹簧尺寸简图 图2-6 推式膜片弹簧单支承环形式 图2-5 推式膜片弹簧双支承环形式 膜片弹簧离合器根据分离杠杆内端受推力还是受拉力，可分为拉式膜片弹簧离合器和推式膜片弹簧离合器。推式膜片弹簧离合器根据支承环数目的不同，可分为双支承环（图2-5）、单支持环（图2-6）和无支承环（图2-7）三种形式。其中双支承环形式是目前广泛采用的一种结构形式，它又可分为三种，其中图2-5a为MF型，该结构是一种较成熟的膜片弹簧离合器，膜片弹簧、两个支承环与离合器盖之间用一个抬肩式铆钉定位并铆合在一起，结构较简单。拉式膜片弹簧又可分为无支承环式和单支承环式两种形式（图2-8）。与推式膜片弹簧相比，拉式膜片弹簧在结构上更简化，提高转矩容量与分离效率以及减轻操作强度、冲击和噪音，提高寿命等方面，都比推式结构的要好，所以拉式膜片弹簧的应用也很广泛。它的不足是：膜片弹簧的分离指与分离轴承总成嵌装在一起，安装与拆卸较困难，分离行程也比推式要大些。 图2-7 推式膜片弹簧无支承环形式 图2-8 拉式膜片弹簧支承形式 膜片弹簧离合器具有很多优点3：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性（图2-9），因此可设计成成在摩擦片的允许磨损范围内，弹簧压力几乎可以保持不变（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，且可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，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；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，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等。 膜片弹簧离合器的操纵曾经都是采用压式结构。当前，膜片弹簧离合器的压式操纵已为拉式操纵结构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将图2-9膜片弹簧的弹性特性曲线支承环移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化、零件减少、拆装方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承环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。 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轿车微型、轻型客车上都得到了广泛的采用，而且在各种形式的商用车上也被广泛采用。由于膜片弹簧具有上述优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平不断提高。因此膜片弹簧离合器在轿车微型、轻型客车上都得到了广泛的采用。本次设计做的是推式单片干式膜片弹簧离合器。图2-9 膜片弹簧弹性变形特性曲线 2.5从动盘数的选择对轿车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只有一片从动盘。单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热性好，维修调整方便，从动部分转动惯量下，在使用时能保证分离切底、接合柔顺。2.6从动盘总成的选择从动盘主要由从动片、摩擦片从动盘毂和扭转减震器等几部分组成。设计从动盘时应注意满足以下三个方面的要求；1)为了减少变速器换挡时齿轮的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能地小。2)为了保证汽车平稳起步，从动盘在轴向应具有弹性。3)为了避免传动系的扭转共振和缓和冲击载荷，从动盘中应尽可能有扭转减震器2.6.1从动盘选择设计从动片时，要尽量减轻其重量，并应使其质量的分布尽可能地靠近中心，为了使单盘离合器接合柔和，起步平稳，从动盘一般应具有轴向弹性。具有轴向弹性的从动盘结构形式大致有整体形式、分开式和组合式几种。整体式弹性从动片，从动片沿半径方向开槽，将外边缘部分分割成许多扇形，并将其冲压成依次向不同方向的波浪形，根据从动片尺寸的大小，可制成个切槽5。这种切槽还有利于减少从动片的翘曲。为了进一步减小从动片的刚度，增加其弹性，常常将扇形部分与中央部分的连接处切成T行槽。整体式弹性从动片能达到轴向弹性的要求，但其缺点是很难保证每片扇形部分的刚度完全一致，一般用在小轿车上。分开式弹性从盘可以克服上面整体式弹性从动片的缺点。把波形弹簧片与从动片分开做成两件，然后用铆钉铆在一起。由于波形弹簧片时由同一模具冲制而成，故其刚度比较一致。另外，这种结构的从动片也较容易得到较小的转动惯量，多用于小轿车上。组合式弹性从动片常用在载重汽车上。在这种结构中，靠近压盘的一边的从动片上铆有波形弹簧片，摩擦片用铆钉铆在弹簧片上。靠近飞轮一边的摩擦片则是直接铆在从动片上。显然，这种组合式从动片的转动惯量是比较大的，但对于要求刚度较高的，外形稳定性较好的大型从动片来说，这个缺点是可以容忍的。通过各结构优缺点的比较及本次设计所针对的车型,故本次设计选用的是分开式弹性从动片。2.6.2从动盘毂从动盘毂装在变速器第一轴前端的花键上，目前一般都采用齿侧定心的矩形花键，花键之间为动配合，以便在离合器分离和结合过程中从动盘毂能在轴上自由移动。从动盘毂一般由中碳钢锻造而成，并经调整处理，其挤压应力不应超过5。2.6.3摩擦片选择摩擦片的工作条件是比较恶劣的，为了保证他能长期稳定地工作，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） 摩擦系数值比较稳定，不受工作温度、滑磨速度、单位压力变化的影响。2） 足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。3） 足够的机械强度，尤其是高温时地机械强度应较好。4） 热稳定性好，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） 接合时应平顺而无“咬住”或“抖动”现象。目前采用最广的石棉塑料摩擦片时由耐热性及化学稳定性能较好的石棉与粘合剂及其他辅助材料混合热压制成，其摩擦系数大约为0.3作用5。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导致摩擦系数的下降和磨损加剧。所用目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在本次设计中考虑各种材料的优缺点，摩擦片材料选取粉末冶金材料中的铜基材料。2.7离合器的通风散热摩擦离合器在工作过程中将产生大量的热。此热量若不能及时散发出去，有关零件将因受热而温度过高，产生不良后果。摩擦片的温度过高时，其摩擦性能将降低，磨损速度会加快，严重时甚至烧毁摩擦片。如果从动片是一个整园盘形，可能会因温度升高而出现翘曲变形，影响离合器的工作。为了将摩擦面间产生的热量及时散出，离合器盖一般用钢板冲压成特殊的形状，在其侧面与飞轮接触处开有4个缺口，装配后形成4个窗口。当离合器旋转时，空气将不断地循环流动，以使离合器通风散热。除了上述方法以外，还可以采取以下方法来确保离合器良好的通风散热。1）使压盘具有足够大的质量以保证其足够的散热量。2）可在压盘上加设散热筋或鼓风筋。3）可在压盘体内铸出足够多的导风槽。4）将离合器盖和分离杠杆设计成带有鼓风叶片的结构。5）在摩擦片表面开槽，不仅起到排除摩擦产生的碎屑，防止对偶摩擦面之间的相互吸附的作用，也能起到散热的效果。6）在离合器壳上设置冷却气流的入口和从口，在壳内安装冷却气流导向的导流罩，以实习对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热。2.8传动片的选取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，有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，他们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡。传动片常用组，每组片，每片厚度为，一般由弹簧钢带制成2。在本次设计中传动片选用3组，每组3片，每片厚度为2。2.9分离杠杆装置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，减小压盘行程，使分离不彻底。2）应使分离杠杆支撑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2。4）分离杠杆的支撑处应采用滚针轴承、滚销或刀口支撑，以减小摩擦和磨损。5）应避免在高速转动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，可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08低碳钢板冲压和35等中碳钢锻造成形（锻件硬度为HBS）而成2。2.10压盘的驱动方式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传动盘转动，所以它与飞轮连接在一起。但是这种连接应该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他的驱动方式有：凸块窗口式（图2-10）、传力销式（图2-11）、键式（键槽指销式（图2-12），键齿式（图2-13）以及弹性传动片式（图2-14）等。凸块窗口式是在单片离合器中长期采用的传统结构。该结构是在压盘外缘铸出个凸片，装配时伸入离合器盖对应的长方形窗口中，而离合器盖则与飞轮相连。考虑到摩擦片磨损后压盘向前移。因此凸块应凸出窗口以外。其结构简单，但是凸块与窗口的配合处磨损后易使定心精度降低而失去平衡，且会产生冲击和噪音。所以在现在的离合器中已经很少使用。传力销式是双片离合器采用的传统结构，它是用沿圆周均匀分布的几个传力销将飞轮与中间的压盘连接在一起。键式也是一种压盘的驱动方式，包括键槽指销式和键齿式两种。它是用键槽指销或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。在双片离合器的结构中也有采用综合式的压盘驱动方式的，即中间压盘通过键连接，压盘则通过凸块窗孔驱动。上述几种压盘的驱动方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙（如凸块与窗孔之间的间隙约是0.2mm左右2）。这样，在传动时将产生冲击和噪音。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音，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，由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。近年来，广泛采用了弹性传动片的传力方式。弹性传动片（钢带传动片）是由薄弹簧钢带冲压制成一端铆在离合器盖上，另一断用铆钉固定在压盘上，并且多用34组2（每组23片）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几种离合器的缺点，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稳定。通过比较以上各种方案的优缺点，本次设计压盘的驱动方式选用钢带传动片。 图2-10 凸块窗口式 图2-11 传力销式 图2-12 键槽指销式 图2-13 键齿式 图 2-14 弹性传动片式 第3章 离合器参数的选择及设计计算3.1离合器主要参数的选择3.1.1后备系数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，应考虑摩擦片在使用中磨损后离合器仍能可靠地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；为使离合器尺寸不至过大，减小传动系过载，保证操纵轻便，有不宜选的太大；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，减少离合器滑磨，应选得大些；汽车总质量越大，也应选的越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩脚不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选得越小，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。各类汽车离合器的取值范围如下2；乘用车及最大总质量小于的商用车 最大总质量为的商用车 挂车 本次设计中因为发动机后备功率较大、使用条件较好时所以选取3.1.2单位压力单位压力决定了摩擦表面的耐磨性，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、发动机的后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等原因。对于离合器使用频繁、发动机后备系数较小、载质量大或经常在坏路面上行驶的汽车，应取小些；当摩擦片外径较大时，为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。当摩擦片采用不同材料时，其材料压力极限按表3-1选取2：表3-1 单位压力的取值范围表摩擦片材料单位压力石棉基材料模压编织粉末冶金材料铜基铁基金属陶瓷材料在本次设计中选取铜基材料作为摩擦片的主要材料3.1.3摩擦因数、摩擦面数和离合器间隙摩擦片的因素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素较大且稳定。其材料摩擦因素的取值按表3-2选取2：表3-2 各种摩擦材料的摩擦因数的取值范围表2摩擦片材料摩擦因素石棉基材料模压编织粉末冶金材料铜基铁基金属陶瓷材料摩擦面数为离合器从动盘的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。离合器间隙是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置时，为了保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全接合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙一般为毫米2。在本次设计中摩擦因素 3.1.4摩擦片外径、内径和厚度设计计算摩擦片外径是离合器的重要参数，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，即2 3-1 发动机最大转矩；后备系数； 单位压力； 摩擦因数； 摩擦面数；在同样外径时，选用较小的内径d虽可增大摩擦面积，提高传递转矩的能力，但是会使摩擦面上的压力分布不均匀，使内外沿圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀，且不利于散热和扭转减振器的安装。摩擦片尺寸应符合有关标准（JB1457-74）的规定1，表3-3给出了离合器摩擦片的尺寸系列和参数1：表3-3 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径内径厚度内外径之比单位面积1601802002252502803003253503804054301101251401501551651751901952052202303.23.53.53.53.53.53.53.54.04.04.04.00.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351060013200160002210030200402004660054600678007290090800103700所以由所计算的值去参照表3-4，最后选定摩擦片的尺寸为下表：表3-4 选定的摩擦片的尺寸外径内径厚度内外径之比1-单位面积2251503.50.6670.703221图3-1 摩擦片3.1.5对离合器基本参数的优化设计1）摩擦片外径的选取应使最大圆周速度 不超过，即2 3-2为摩擦片最大圆周速度，为发动机最高转速，由于汽车行业的飞速发展，摩擦片新型材料的出现，最大圆周速度为70.686m/s摩擦片也在安全范围。2）摩檫片的内、外径比应在0.530.70范围内，即2本次设计取 在范围内满足要求。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，不同的车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0 ，即2本次设计取 在范围内满足要求4） 为了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2 3-3 为单位摩擦面积传递的转矩（）；为其允许值（），按表选取参数2：表3-5 单位摩擦面积传递的转矩许用值（）离合器规格210210250250325325/0.280.300.350.40由,选取.根据式(3-3)得:根据和同组同学查阅大量资料和询问工厂里的工程师，知道因为新型材料的出现，教科书有点落后，单位摩擦面积传递的转矩为0.0049也在安全范围。5）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,单位压力根据所用的摩擦材料在一定范围内选取， 的最大范围为0.101.50即2本次设计取 在范围内满足要求6）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，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功应小于其许用值，即2 3-4式中，为单位摩擦面积滑磨功；为其许用值，对于乘用车：；对于最大质量小于的商用车: ,对于最大总质量大于的商用车：，为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功，可根据下式计算2 3-5式中，为汽车总质量；为轮胎滚动半径；为汽车起步时所用变速档位的传动比；为主减速器传动比；为发动机转速，计算时乘用车取，商用车取。由式（3-5）（3-4）可得摩擦片单位面积滑磨功在安全范围内。有上述效核，可知选取的摩擦片外径满足要求。本设计所采用的离合器摩擦片材料为铜基摩擦材料，摩擦片与从动片的连接方式为铆接，选取32颗铆钉铆接。其铆接位置为摩擦片的平均半径，即Ra=92.5mm。铆钉型号为GB875-86 43.85，材料为15号钢。铆钉的校核如下：平均每颗铆钉所受的最大剪切力6：根据铆钉所受的，分别校核铆钉的抗剪强度和从动片的抗压强度6： 3-6 3-7 式中：为铆钉孔直径，mm；为每个铆钉的抗剪面数量；为被铆件中较薄板的厚度根据相关已知参数，可得：=0.8mm，m=2；d0=4mm，=115MPa，=430MPa。则将各项数值代入公式（3-6）、（3-7）得：=2.5 =115； =19 =430。所以，所选铆钉能满足使用要求。3.2压盘结构设计3.2.1压盘设计要求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