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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。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。
本设计主要是对中型货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，首先进行了基本参数的选择，其次对零部件设计：压盘、离合器盖、弹性传动片，分离装置，以及从动盘、从动片和从动盘毂，操纵机构，扭转减震器中的螺旋弹簧的设计。根据各零部件的工作条件，并对其进行了相关校核。确保所设计的离合器能最大限度传递发动机的输出转矩。
关键词：压盘；膜片弹簧；摩擦片；操纵机构；离合器
ABSTRACT
Automobile clutch gearbox is located between the engine and flywheel shell, with screw assembly will be fixed in the clutch after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft. In the car, the driver can be down or release the clutch pedal, so that the temporary separation of the engine and gearbox, and the gradual bonding to cut off or transfer the engine to the transmission input power. At present, widely used in all kinds of cars on friction clutch is a moving part of the friction between the subordinate to transfer power and can separate device.
This design is mainly to the medium truckloads of diaphragm type spring clutch on the design. According to the using conditions and vehicle parameters of vehicles, according to clutch system design steps and requirements, the basic parameters of the first choice, second to parts design: pressure plate, clutch cover, elastic transmission piece, separation device, and driven plate, driven plate and platen hub, operation, reverse design of the spiral spring shock absorber. According to various spare parts working conditions, and analyses the relevant respectively. Ensure that the design of the clutch can utmost transfer engine torque.
Keywords: Pressure Plate; Diaphragm Spring; Friction Disc; Control agencies;Clutch
目 录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 离合器的研究背景 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 离合器设计的主要内容 4
第2章 离合器方案设计及功能 5
2.1膜片弹簧离合器结构以及运动方式 5
2.2膜片弹簧离合器性能构造 6
2.3 膜片弹簧离合器工作原理 6
2.4 膜片弹簧离合器的优点 6
2.5 膜片弹簧离合器设计基本要求 7
2.6 本章小结 7
第3章 膜片弹簧离合器零部件的结构设计 9
3.1 摩擦片基本结构尺寸参数的选择 9
3.2 从动盘总成设计 11
3.2.1 从动片设计 11
3.2.2 从动盘毂设计 11
3.3 压盘设计 13
3.3.1 压盘参数的选择和校核 13
3.3.2 传动片设计 15
3.3.3 离合器盖设计 16
3.4 离合器分离装置的设计 17
3.4.1 分离轴承及分离套筒 17
3.4.2 分离轴承的设计计算 17
3.5 膜片弹簧的设计 18
3.5.1 膜片弹簧结构形状的特点 18
3.5.2 膜片弹簧的变形特性 19
3.5.3 膜片弹簧基本参数的选择 19
3.5.4 膜片弹簧参数的校核 21
3.5.6 膜片弹簧的强度计算 22
3.6 扭转减振器设计 25
3.6.1 扭转减振器的功能 25
3.6.2 扭转减振器的结构类型的选择 25
3.6.3 扭转减振器参数确定 26
3.7 本章小结 31
第4章 离合器操纵机构设计 32
4.1操纵机构的设计要求 32
4.2 液压式操纵机构的结构原理 32
4.3 操纵系统周边工作环境和时间因素的影响 33
4.4 离合器踏板的设计 34
4.5 操纵系统的传动比计算 34
4.6主缸及工作缸的设计计算 35
4.6.1 主缸的设计 36
4.6.2 分缸的设计 36
4.7 本章小结 37
结论 38
参考文献 39
致谢 41
附录 42
第1章绪 论
1.1 离合器的研究背景
自十九世纪末第一辆货车诞生以来，货车工业经历了一百多年的发展过程。由于社会生产力和科学技术日新月异的发展，也推动了货车设计日臻精巧，并且其运输能力和各项性能也得到不断提高。现今货车不管是国民经济，还是人们的日常生活中都是一种不可缺少的交通工具。因此货车工业的发展规模和技术水平往往标志着一个国家的经济水平和科技水平[1]。
货车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动轮。离合器是货车传动系中直接与发动机相联系的部件。在货车起步前，先要起动发动机，这时应使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动轮之间联系断开，以卸除发动机负荷。待发动机已起动并开始正常的转速运转后，方可将变速器挂上一定档位，使货车起步。货车起步时，货车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系（它联系着整个货车）与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，货车将突然向前冲动一下，但并未能起步。这是因为货车从静止到前冲时，产生很大惯性力。对发动机造成很大的阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低转速（一般为300-500r/min）以下，发动机即熄火而不能工作，当然货车也不能起步。
离合器的首要功用是保证货车平稳起步。在传动系中装设了离合器后，在发动机起动后，货车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器逐渐接合，在离合器逐渐接合过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速以上，不致熄火。由于离合器的接合紧密程度增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加。到牵引力足以克服起步阻力时，货车即从静止开始运动并逐步加速。
离合器的另一项功用是保证传动系换档时工作平稳。在货车行使过程中，为了适应不断变化的行使条件，传动系经常要换用不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其它挂档机构，使原用档位的某一齿轮副退出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原用档位的齿轮副脱开，同时有可能使新档位齿轮副的啮合部位的速度逐渐相等（同步），这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻。
离合器的第三功用是防止传动系过载。当货车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性相连而急剧降低转速，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出大最大转矩），对传动系造成超过其承载能力的载荷,而是其机件损坏。有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。
欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该是这样一个传动机构，其主动部分和从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相对转动。所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器），或是利用液体作为传动的介质（液力耦合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。在摩擦离合器中，为产生摩擦所需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用或电磁吸力。如图1.1所示：
图1.1 离合器
离合器的具体结构，首先，应在保证发动机最大转矩的前提下，满足四个基本性能要求：
（1）离合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠。
（2）结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。
（3）接合元件耐磨性高，使用寿命长，散热条件好。
（4）操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。
其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。离合器的功用之一是当变速器换档时，中断动力传递，以减轻齿轮冲击。如果与变速器主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好的起到减轻齿轮间冲击的作用。
此外，还要求离合器散热良好。因为在货车行驶过程中，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。离合器接合愈柔和，产生热量愈大。这些热量如不及时地散发，对离合器的工作将产生严重影响。
1.2 国内外研究现状
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[2]。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，质量减少，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，因膜片弹簧是一种对称零件，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降[3]。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究在改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。
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80~2000N.m、最大摩擦片外径达420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[1]。甚至某些总质量达28~32t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曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆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]。
近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93℃)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5-6倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。
1.3 离合器设计的主要内容
摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面间的压紧力和摩擦系数，以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩，可选用摩擦系数较大的摩擦材料，或适当加强压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸。
摩擦离合器根据从动盘的数目可分为单盘离合器、双盘离合器和多盘离合器。采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧，并安置在中央的离合器则称为中央弹簧离合器。还有一种采用膜片弹簧作为压紧弹簧的，称为膜片弹簧离合器。
主要设计的内容如下：
（1）从动盘总成设计，包括从动片、从动盘毂；
（2）压盘设计，包括传动片、压盘；
（3）分离装置设计，包括分离套筒、分离轴承；
（4）膜片弹簧设计；
（5）扭转减振器设计，包括减振片、减振弹簧；
（6）离合器操纵机构设计，包括主缸、分缸。
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