普通桑塔纳轿车后轮制动器改装设计.doc

BJ1021车用离合器的改装设计 -机械部分的设计姜润年西南大学工程技术学院，重庆400715摘要：本文通过对周布弹簧离合器与膜片弹簧离合器各自优缺点及结构和工作原理的对比，分析，阐述了BJ1021车用离合器改装设计的意义以及改装设计的可行性；并大体上确定了改装设计的方案以及具体的设计计算过程，其中包括：离合器的结构方案分析；离合器基本参数和主要尺寸的选择；膜片弹簧主要参数的选择；扭转减振器的设计及离合器改装设计后与其相配套的液压操纵系统的改装设计。关键词：BJ1021； 离合器； 改装设计； 机械部分The Refits and Design of BJ1021 vehicle-use clutchJIANG RunnianCollege of Engineering and Techology, Southwest China Normal University, Chongqing 400715,ChinaAbstract: This text passes the possibility to the cloth spring coil clutch and a spring coil of film clutches of the week are each from the merit and shortcoming and structure and the work principle of the contrast, the analysis, elaborated that the vehicle-use clutch of BJ1021 refits the meaning of design and refit the design;Combined to make sure to refit project and the concrete design calculation processes of design substantially, among them include:The structure project analysis of the clutch;The clutch choice of the basic parameter and main size;The choice of a parameter with main spring coil of film;The liquid that turns round to reduce the design and clutches of flap the machines to match each other the set with it after refit the design presses to manipulate the system to refit the design.Key word: BJ1021； Clutch; Refit the design； Machine part文献综述1 BJ1021车用离合器改装的意义目前汽车膜片离合器的应用越来越多，在国外不但在轿车上用，而且在中吨位的货车上也得到广泛的应用，在国产汽车上装用膜片弹簧离合器的也日益增多。1.1周布弹簧离合器的优缺点分析周布弹簧离合器是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。周布弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。此结构中弹簧压力直接作用于压盘上，为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧的数目不应太少，要随摩擦片直径的增大而增多，而且应当是分离杠杆的倍数。在某些重型汽车上，由于发动机最大转矩较大，所需压紧弹簧数目较多，可将压紧弹簧布置在两个同心圆周上。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最大转速很高时，周布弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力随之降低。此外，弹簧靠到它的定位面上，造成接触部位严重磨损，甚至会出现弹簧断裂现象。1.2膜片弹簧离合器的优缺点分析膜片弹簧离合器是采用膜片弹簧作为压紧弹簧的。膜片弹簧离合器中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的碟形弹簧，它主要由碟簧部分和分离指组成，因此膜片弹簧离合器与其它形式的离合器相比具有如下一系列优点：1)膜片弹簧离合器转矩容量大且较稳定 膜片弹簧具有较理想的非线性特性，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降。膜片弹簧离合器分离时，膜片弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力；对于圆柱螺旋弹簧，压力则大大增加。2)结构简单且紧凑 膜片弹簧在结构上是由靠近大端的碟形弹簧部分和靠近小端的分离指部分所组成。碟簧部分起压紧弹簧作用，取代了原有的螺旋弹簧。而分离指部分则起分离杠杆的作用，取代了原有的分离杠杆装置。这样就使离合器的结构简化，重量减轻；膜片弹簧形状扁平，它的直径虽较大，但与压盘形状相似并不多占用径向尺寸，而它的高度小使离合器的轴向尺寸紧凑，便于在有限的安装空间内进行布置，而且在变形小时压紧力较大，这些都适应于发动机功率不断提高的需要。3)高速时平衡性好 高速旋转时，周置螺旋弹簧在离心力作用下会产生横向挠曲，严重鼓出，因而降低了对压盘的原有压紧力和扭矩容量，而膜片弹簧是圆形，旋转对称零件，高速平衡性好，扭矩容易受高速的影响小。4)摩擦片的使用寿命长 膜片弹簧是以整个圆周与压盘接触，因此，从动盘摩擦片上压力分布均匀，接触良好，摩擦片磨损均匀,再加上散热通风性能好，从而提高了摩擦片的使用寿命，而且避免了由于周置螺旋弹簧仅集中加压在几个螺旋弹簧安装位置，使压盘上产生局部热点面发生的热裂现象。5)易于实现良好的通风散热, 散热通风性能好 在同样的离合器轴向尺寸时可采用较厚较重的压盘，以保证足够的热容量，并便于在压盘上设散热筋，离合器盖上开较大的通风孔，而且零件数目少，更有利于良好的散热通风，使压盘工作表面温度不超过正常的180200，以延长离合器的使用寿命。6)便于采用压盘的传动片驱动 当离合器分离时，由于传动片的弹性恢复力能使压盘轴向后移，使从动盘分离。这种压盘驱动机构中没有摩擦和磨损，也没有传动间隙，不会发生运动干涉和噪音，迟滞小，分离效率高。7)有利于大批量生产，降低制造成本 由于离合器中许多零件形状比较简单，大多可以用冲压件和标准件，因此有利于实现零部件的系列化，通用化与标准化，能保证质量，减少材料消耗，备料品种和加工费用，便于大量生产，以降低制造成本。但膜片弹簧离合器的膜片弹簧制造工艺较复杂，对材质和尺寸精度要求高，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，膜片弹簧离合器不仅在轿车上被大量采用，而且在轻、中、重型货车以及客车上也被广泛采用。2BJ1021轻型卡车原有周布弹簧离合器的结构及工作原理BJ1021轻型卡车原有周布弹簧离合器为单片周布弹簧式离合器, 其组成为：主动部分：飞轮、离合器盖、压盘；从动部分：从动盘、离合器轴；压紧机构：弹簧压紧装置；操纵机构：踏板及传动装置。离合器的主动部分、从动部分和压紧机构安装在发动机后部的离合器壳内，而操纵机构的各个部分分别位于离合器壳内部、外部和驾驶室中。工作原理：图为BJ1021型汽车的单盘周布弹簧离合器的构造。发动机的飞轮2和压盘16是离合器的主动部分。离合器盖19和压盘之间是通过四组传动片33来传递转矩的。传动片用弹簧钢片制成，每组两片，其一端用铆钉32铆在离合器盖19上，另一端则用螺钉34与压盘连接，离合器盖用螺钉固定在发动机的飞轮上。因此压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时，弹性的传动片产生弯曲变形（其两端沿离合器轴向作相对位移）。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡，四组传动片是相隔90度沿圆周切向均匀分布的。在飞轮2和压盘16之间装有一片带有扭转减振器的从动盘。从动盘由从动盘毂10和从动盘本体4组成。从动盘本体的两面各铆有摩擦片5。从动盘毂10的花键孔套在从动轴11前端的花键上，并可在花键上作轴向移动。16个沿圆周分布的螺旋弹簧31将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在中间，使离合器处于接合状态。这样，在发动机工作时，发动机的转矩一部分由飞轮经与之接触的摩擦片直接传给从动盘本体；另一部分则由飞轮通过8个固定螺钉传到离合器盖，最后也通过摩擦片传从动盘本体。从动盘本体再将转矩通过从动盘毂的花键传给从动轴11，由此输入变速器。离合器须与曲轴飞轮组组装在一起进行动平衡校正。为了在拆下离合器后重新组装时保持动平衡，离合器盖与飞轮的相对角位置有定位销17定位。在压紧弹簧的作用下，离合器经常处于接合状态，只有在必要说暂时分离。位于离合器内部的分离操纵机构主要有分离杠杆，带分离轴承的分离套筒和分离叉。分离杠杆一般有3-6个，沿圆周均布，图所示的离合器有四个径向安装的，用薄钢板冲压制成的分离杠杆25，其中部以支承柱20孔中的浮动销22为支点，外端通过摆动支片21抵靠着压盘16的钩状凸起部。当在分离杠杆内端施加一个向前的水平推力时，杠杆将绕支点转动，其外端通过摆动支片推动压盘克服压紧弹簧的力而后移，从而撤除对从动盘的压紧力，于是摩擦作用消失，离合器不再传递任何转矩，即离合器转入了分离状态。 BJ1021 型汽车单盘离合器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过程中能自由的作轴向移动，常用的连接方式在单盘离合器中常采用，离合器盖固定在飞轮上，在盖上开有长方形的窗口，压盘上有相应的凸台，凸台伸进窗口以传递转矩，目前，单盘离合器压盘传力方式大多数采用传动片式。3. 膜片弹簧离合器的结构及工作原理组成：由飞轮、从动盘、离合器盖、膜片弹簧和压盘总成、分离轴承和分离叉等组成。1) 压紧弹簧压紧弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的碟形膜片弹簧，靠中心部分有18个径向切口，形成弹性分离指端。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈通过9个间隔铆钉将它安装在离合器盖上，形成膜片弹簧的工作支点。2) 压盘传动片 压盘传动片是连接压盘与离合器盖的弹性钢带，其一端用铆钉铆接在离合器盖上，另一端用铆钉连同分离拉钩一起铆接在压盘上，且在压盘的外缘沿切向布置，其主要作用是将来自发动机飞轮的扭矩经过离合器盖传递到离合器压盘上，使飞轮、离合器盖和压盘构成一个整体。保证离合器盖、压盘与飞轮同步旋转，发动机的动力依次经过飞轮、离合器盖、传动片、压盘传递给夹在压盘与飞轮之间的从动盘。再由从动盘花键毂传给变速器输入轴将动力传给变速器。3) 从动盘：由两片摩擦衬片、从动盘本体及与之铆接的波浪形弹簧片和扭转减振器组成。 从动盘本体用薄钢板制成，其外缘铆有8组16片波浪弹簧片，两摩擦衬片分别铆接在波浪形弹簧片的波峰和波谷上，以增加从动盘的轴向弹性，使离合器接合更加平稳柔和扭转减振器的结构：从动盘本体与花键毂是通过两组扭转减振器弹簧弹性地连接在一起的，盘毂夹在从动盘本体与减振器之间，两侧同时还夹有二个环状摩擦垫圈，用以衰减振动能量。 在盘毂、从动盘本体和减振器盘上都有4个沿圆周方向均布的窗口，在该窗口中装有两组减振弹簧，止动销将从动盘本体与减振器铆接成一体，而止动销与盘毂的销孔之间有一定间隙，允许盘毂相对从动盘本体与减振盘转动。工作原理：如图所示 膜片弹簧离合器工作原理1）在离合器盖未固定在飞轮上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态。此时离合器盖与飞轮的安装面键有一个距离L。2) 当离合器盖用螺钉固定到飞轮上时，由于离合器盖紧压在飞轮的端面上，钢丝支承圈压膜片弹簧使之发生弹性变形。同时，膜片弹簧外缘对压盘产生压紧力，从动盘被夹紧在压盘与飞轮之间，使离合器接合并向变速器传递扭矩。3）当离合器分离时，利用操纵机构使分离轴承左移，推动膜片弹簧的分离指端，则膜片弹簧以钢丝支承圈为支点转动膜片弹簧成反锥形，膜片弹簧外端右移，通过铆钉铆接在压盘上的3组传动片工作时拉力产生的向后的分力及膜片通过分离拉钩作用在压盘上的向后拉力的共同作用，将压盘拉离飞轮。于是从动盘被松开，使离合器分离。4BJ1021车用离合器改装的设计思路用一膜片弹簧代替原离合器的分离杠杆及周布螺旋弹簧；对分离轴承，离合器盖，压盘等的尺寸，形状进行改装；最后改变原有的液压操纵系统，使其适应改装后的离合器。5改装可能存在的问题 本课题的研究设计由于条件的限制，无法进行耐久性，可靠性等实验，故将导致改装设计的真实可行性不确定。 1.前言BJ1021汽车所用发动机的主要技术规格I. 汽车的型号 BJ1021型号的意义为：BJ代表北京；1表示载货汽车；02表示汽车的总质量为2吨；最后位的1表示企业自定序号。. 汽油机的型号BJ1021汽车所用汽油机的型号为492Q，4表示汽油机有4个汽缸，92表示直径是92mm，Q表示这是一种车用汽油机，Q是汽车的“汽”字汉语拼音的第一个字母。. 有效功率492Q汽油机的最大净功率为51.5KW。. 发动机排量（汽缸工作总容量）492Q汽油机的排量为2.445L。. 发动机转速492Q汽油机在发出最大有效功率时的转速为20002500rpm。压缩比492Q汽油机的压缩比是7.2有效扭矩492Q汽油机的最大净扭矩是17.5kgf.m。VIII. 燃油消耗率 492Q汽油机的燃油消耗率是333.2g/(KWh) 。11概述离合器的主要功能是切断和实现对传动系的动力传递。主要作用：(1)汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；(2)在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；(3)限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；(4)有效地降低传动系中的振动和噪声。12摩擦离合器主要组成 摩擦离合器主要由主动部分（发动机飞轮、离合器盖和压盘等）、从动部分（从动盘）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（分离叉、分离轴承、离合器踏板及传动部件等）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。操纵机构是使离合器主、从动部分分离的装置。 13汽车离合器设计的基本要求 1）在任何行驶条件下，能可靠地传递发动机的最大转矩。 2）接合时平顺柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 3）分离时要迅速、彻底。 4）从动部分转动惯量小，减轻换挡时变速器齿轮间的冲击。 5）有良好的吸热能力和通风散热效果，保证离合器的使用 寿命。 6）避免传动系产生扭转共振，具有吸收振动、缓和冲击的 能力。 7）操纵轻便、准确。 8）作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过 程中变化要尽可能小，保证有稳定的工作性能。 9）应有足够的强度和良好的动平衡。10）结构应简单、紧凑，制造工艺性好，维修、调整方便等。2离合器的设计21离合器的结构方案分析 离合器的结构形式多种多样，在设计时，要根据汽车的类别，使用条件等来合理的确定离合器的结构方案。离合器按转矩的传递方式可分为摩擦式，液力式，电磁式和综合式4种，在汽车所用的机械式传动系中，盘式摩擦离合器的应用最广泛。BJ1021车用离合器为传统的单片干式周布螺旋弹簧离合器，现要对其进行改装设计，故改装后的离合器结构方案为：（1） 从动盘数的选择 ：盘式离合器按从动盘数目可分为单盘式，双盘式和多盘式3种。在汽车传动系统中，作为独立机构的摩擦离合器在大多数情况下都是单盘式的。单片离合器具有结构简单，尺寸紧凑，从动部分转动惯量小等优点，在使用时能保证分离彻底，散热良好，维修调整方便，只要在结构上采取适当措施就可以保证平顺接合，因此广泛地应用在轿车和中，小型货车上。近年来由于摩擦材质的提高，在重型汽车上的应用也日渐增多。双盘式离合器与单盘式离合器相比，由于摩擦面增多，因而传递转矩的能力较强，接合较平顺。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，中间压盘通风散热不良，因而产生热负荷较高等问题。设计时，在结构上必须采取相应的措施。双盘式离合器一般应用在传递转矩较大并且径向尺寸受到限制的场合。多盘式离合器多为湿式，由于多盘式离合器分离不彻底，轴向尺寸和质量较大，以往这种离合器只是用于行星齿轮变速器的换档机构中。但它接合平顺柔和，摩擦表面的温度较低，使用寿命长，特别是近年来在设计上不断完善，因而在某些重型牵引车和自卸车上的应用有不断增加的趋势。改装后离合器的从动盘数仍然选用单盘式。（2） 压紧弹簧和布置形式的选择：离合器压紧弹簧有圆柱弹簧和膜片弹簧等形式。压紧弹簧可以周布，中央布置，也可以斜置。周布弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单，制造方便，因此应用广泛。某些重型汽车由于需要的弹簧数目较多，而将弹簧布置在两个同心的圆周上。但周布弹簧也有很多缺点，一是它直接与压盘接触，易受热退火；二是当发动机的转速很高时，周布弹簧将受离心力的作用而严重弯曲，使压紧力显著降低，也会使弹簧靠到定位套或定位销座上，造成接触部位严重磨损，甚至出现弹簧断裂的现象。中央离合器可以采用一个圆柱弹簧，也可以采用两个，此时轴向尺寸较大，当采用矩形断面圆锥弹簧时，轴向尺寸可缩短一些。中央弹簧离合器的弹簧压紧力是通过杠杆放大而作用在压盘上的。由于在结构上可选较大的杠杆比，因而有利于减轻踏板力。中央弹簧离合器多用于重型汽车。膜片弹簧具有较理想的非线性特性；结构简单，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；压力分布均匀，摩擦片磨损均匀；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。 改装后离合器的压紧弹簧选用膜片弹簧式。（3） 膜片弹簧支承形式的选择：膜片弹簧离合器根据分离指内端的受力方向不同，可以分为推式和拉式两种。当分离离合器时，分离指内端受力方向指向压盘，称为推式膜片弹簧离合器，而分离指内端受力方向离开压盘时，则称为拉式膜片弹簧离合器。拉式膜片弹簧离合器是一种新结构。其膜片反装，使支承结构大为简化，膜片弹簧安装和更换方便，质量小，通风散热好，不象推式那样，在支承环磨损后因与膜片弹簧之间存在间隙而增加踏板的空行程。因此拉式结构应用前景广阔。按安装膜片弹簧的支承环数目不同，推式膜片弹簧离合器可分为：双支承环，单支承环和无支承环3种结构形式；拉式膜片弹簧离合器可分为：无支承环式和单支承环式两种。如下图所示： 推式膜片弹簧双支承环形式 推式膜片弹簧单支承环形式 （a. MF型 b. DS型 c. DST型） (a. DBV型 b. DB/DBP型) 推式膜片弹簧无支承环形式 拉式膜片弹簧支承形式 (a. DBR型 b. D/DR型 c. CP型) (a. MFZ型 b. DT/DTP型) 改装后离合器的支承形式选用推式膜片弹簧双支承环形式。MF型（4）压盘驱动方式的选择：压盘的驱动方式有凸块窗孔式，销钉式，键块式和钢带式多种。凸块窗孔式是在单盘式离合器中长期采用的传统结构。其结构是，在压盘上有3个或4个凸块伸入离合器盖对应的窗孔中。三凸块式比四凸块式的定心精度高。凸块窗孔式结构简单，但在使用中因接触表面磨损间隙不断增大，从而定心精度不断降低，平衡性恶化，离合器接合时易出现抖动和噪声。销钉式一般用于双盘式离合器中。键块式一般用于中间压盘。钢带式也称为传力片式，是近年来广泛采用的一种结构。钢带大都为周向布置，也有采用径向布置的。周向布置的钢带常用3组或4组，每组23片。当发动机驱动时钢带受拉，当拖动发动机时钢带受压。钢带式驱动机构无摩擦和磨损，无传动间隙，效率高，无噪声，定心精度高，使用平衡性好。改装后离合器的压盘驱动方式选用钢带式。（5）压盘的选择：压盘一般做成圆环形的盘状，压盘的外径应略大于或等于摩擦片的外径，内径略小于或等于摩擦片的内径。压盘应采用受热变形较小的材料制造，一般采用高质量的灰铸铁，也有采用合金（含有不超过2%的铬，镍，钼）铸铁的。考虑到它的吸热能力和热容量，其质量不可设计得太小。压盘是靠离合器盖来驱动，并与飞轮一起高速旋转，因此对它的定位精度要求较高，必要时应做动平衡试验。改装后离合器的压盘材料选用灰铸铁。（6）从动盘的选择：从动盘对离合器工作性能影响很大，同时它又是离合器零件寿命中最薄弱的环节。从动盘由摩擦片，从动钢片，扭转减振器和花键毂等零件组成。摩擦片：摩擦片是摩擦材料，特种添加剂通过粘合剂（树脂或橡胶）等，粘合在一起的一个盘片。有的做成若干个扇形块，扇形块通过沉头铆钉铆接在从动盘钢片的圆周上，形成一个圆环，也有的直接做成一个完整的圆环。摩擦片在性能上应满足如下要求：摩擦系数较稳定，工作温度，滑磨速度，单位压力的变化对其影响要小；足够的耐磨性和机械强度；磨合性能好；密度小（适合在高速条件下工作）；有利于接合平顺；长期停放，离合器摩擦面间不会发生“粘着”现象。离合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料，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，或两者同时使用）和特种添加剂热压制成。石棉基摩擦材料的摩擦系数一般为0.30.45。当温度超过250时，可降到0.25以下，此时磨损急剧增加，并且树脂和橡胶等有机成分容易变质和烧裂。这种倾向会因组成成分和制造方法不同而有所差别。石棉基摩擦材料价格低，密度小，在大多数汽车离合器中使用效果良好。在工作条件恶劣，工作温度很高的离合器中，烧结金属和金属陶瓷材料因其温度耐磨性好，传热性好，摩擦系数较高，允许有较大的单位压力，因此有很好的应用前景。但这种材料价格高，密度较大，不能保证柔和接合。摩擦片与从动钢片的连接有铆接法和粘接法两种。铆接法连接可靠，更换摩擦片方便，采用较广泛。铜铆钉的高温强度和耐腐蚀性能比铝铆钉好。粘接法可充分利用摩擦片的厚度，增加摩擦面积，但摩擦片更换不便，无法在从动钢片上装波形弹簧片以获得轴向弹性。改装后离合器的摩擦片所用的材料选用石棉基摩擦材料，摩擦片与从动钢片的连接选用铆接法，用铝铆钉。从动钢片：通过从动钢片的结构形式可使从动盘获得轴向弹性，从而可以改善离合器性能（特别是单盘离合器），使离合器接合柔和，摩擦面接触较为均匀，磨损较轻。获得从动盘轴向弹性的方法有多种，最简单的方法是在从动钢片上开T形槽，外缘形成扇形，并将其依次向不同方向弯曲成波状，这种切槽有利于减少从动钢片的翘曲。该结构多用于货车上。扇形的波状弹簧也可以单独制造而与从动钢片铆接。由于波状弹簧可用比钢片薄的板料制造，轴向弹性较好，转动惯量较小，适宜于高速旋转。扇形的波状弹簧也可以两两对置，以获得较大的弹性行程，使汽车起步更为平顺。这两种结构多用于轿车和轻型货车上。此外，也可在从动钢片的一侧或两侧铆接波状弹簧，这种结构主要用于货车上。波状弹簧的压缩行程一般为0.41.5mm。现代从动盘的从动钢片，为获得轴向弹性，往往特意制成锥形（某些从动盘为0.20.8mm），而使其小端面向飞轮。这样有利于离合器彻底分离，即从动毂在变速器第一轴花键上易于滑动。改装后离合器的从动钢片结构形式选用在从动钢片上开T形槽的方法。（7）离合器通风散热结构措施的选择：实验表明，离合器摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的。当压盘工作表面温度超过180时，摩擦片的磨损急剧增加。在正常使用条件下的离合器压盘工作表面温度一般在180以下。在特别严酷的使用条件下，压盘表面的瞬时温度有可能达到1000。过高的温度能使压盘受热变形产生裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度不过高，除要求压盘有足够的质量以保证足够的热容量外，还要求通风散热良好。对于重型汽车和经常在困难条件下起步的汽车，散热问题尤为突出。改善离合器通风散热的结构措施有：在压盘上设散热筋或鼓风筋；在离合器盖上开较大的通风口，在离合器外壳上设通风窗；在双盘式离合器的中间压盘内铸出通风槽；将离合器盖和分离杠杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风。改装后离合器的通风散热结构措施为：在压盘上设散热筋或鼓风筋；在离合器盖上开较大的通风口，在离合器外壳上设通风窗。22离合器基本参数和主要尺寸的选择 离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为 （2-1）假设摩擦片上工作压力均匀，则有 （2-2）摩擦片的平均摩擦半径Rc根据压力均匀的假设，可表示为 （2-3）当d/D0.6时，Rc可相当准确地由下式计算 （2-4）将式（2-2）与式（2-3）代入式（2-1）得 （2-5）式中，c为摩擦片内外径之比，c=d/D，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Tc应大于发动机最大转矩，即 Tc=Temax （2-6）式中，Temax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。当发动机最大转矩Temax已知，离合器结构型式和摩擦片材料已定，Z和f便已定，根据式（25）便可求出后备系数，单位压力和摩擦片尺寸应满足的关系式。后备系数是离合器的重要参数，它反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应从以下考虑出发：摩擦片在使用中磨损后，离合器还能确保传递发动机的最大转矩；要能防止离合器本身滑磨过大；要能防止传递系过载。为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不可过小；为使离合器尺寸不致过大，防止传动系严重过载，保证操纵轻便，又不可过小；当发动机后备功率较大，使用条件好，离合器压紧弹簧压力在使用中可以调整或变化不大时，可选小些。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，应选大些为宜。通常值，对于轿车和轻型货车为1.2-1.75；中型和重型货车为1.52.25；越野汽车，带拖挂的重型汽车和牵引汽车为1.84。单位压力0选择应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率的大小，摩擦片外径，摩擦片材料及其质量等因素。若离合器使用频繁，发动机后备功率较小，则0应取小些，反之可取大些。当摩擦片外径较大时，为降低摩擦片外缘处的热负荷，0应降低。当采用石棉基摩擦材料时，0在0.140.3MPa(N/mm2)范围内选取.对于轿车, 0为0.180.3 MPa；货车，0为0.140.24 MPa。BJ1021汽车所用的发动机为492Q发动机，其最大扭矩为17.5kgf.m/20002500rpm，其离合器摩擦片为254150，摩擦片的厚度b为4.0mm，压盘压力为500kgf左右，现设改装后的离合器摩擦片的外径D仍为原有的254mm，根据设计经验，我们可以用240左右，厚2.5左右的膜片弹簧离合器来取代，且压力范围完全可以保证。根据式（2-5），初步设计扭矩容量如下：取 D=254mm，C=d/D=0.59, 0=1.5kg/cm2,设f=0.3则 Tc=3.140.321.52.543(1-0.593) 10-2/12kgf.m =30.49kgf.m则该膜片弹簧离合器的后备系数=Tc/TEmax =30.49/17.5=1.74此结果符合轻型载重汽车的设计要求。所以将BJ1021汽车的周布弹簧式离合器改装成膜片弹簧式离合器是完全可行的。23膜片弹簧主要参数的选择 膜片弹簧的主要参数：v 膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H；v 膜片弹簧钢板厚度 h ；v 自由状态下碟簧部分大端半径 R； v 自由状态下碟簧部分小端半径 r ； v 自由状态时碟簧部分的圆锥底角 ；v 分离指数目 n 等，见图1。图1 膜片弹簧的主要参数 图 H/h对膜片弹簧弹性特性的影响（1） 比值Hh和h的选择膜片弹簧的设计应以参数Hh（锥高与片厚之比）的考虑为先。比值Hh对膜片弹簧的弹性特性影响极大。由图可知，当Hh 时，F1= (1)有一极大值和一极小值；当Hh=2时，F1= (1)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作轻便，一般Hh=1.72.0，现今，降低Hh的值，减轻踏板力，增大所传扭矩，这些作为膜片弹簧设计条件逐年严格起来。（2）杠杆比的确定在确定了膜片弹簧的外径和分离轴承所在圆周的直径以及中间支承点即支承环支点的位置后，便可确定杠杆比，且可参考C值（C=0.60.7）。其决定因素有分离轴承的有效行程（由踏板行程和分离叉的杠杆比来决定）；必要的分离行程（即压盘移动量，通常取1.82.5mm）。（3）板厚的确定 当膜片弹簧的外径和杠杆比确定后，就可确定膜片弹簧的厚度，太厚则使分离特性边坏，使踏板力增大；太薄，则得不到理想的特性曲线。故此需要根据设计经验和参考样车来选择，且要考虑到离合器承受的载荷。（4） 比值Rr和R、r的选择根据结构布置和压紧力的要求，Rr一般为1.201.35。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Rc，拉式膜片弹簧的r值宜取为大于或等于Rc。（5）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，=arctan H(Rr) H(Rr)。一般在915范围内。（6） 膜片弹簧工作点位置的选择当膜片弹簧的几何参数确定以后，我们可根据下面公式得出该膜片弹簧的特性曲线。F1=k1B1(H- 1) (H- 0.51)+B2h (k=) 式中: F1-压紧力 E-弹性模数,E=2.110 公斤/毫米 -柏松比，=0.3 R,r-弹簧部分外,内半径 L-膜片弹簧与压盘接触半径 e-支承环平均半径 1-大端变形(膜片弹簧与压盘接触处相对于支承环的高度变化) B1,B2-修正系数，取0.91.1 根据以上公式得出膜片弹簧的弹性特性曲线，如图3所示。该曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H= (1M +1N)2，即1H为曲轴凸点M和凹点N的横坐标的平均值。设B点为新的离合器在接合状态的工作点（即新摩擦片还没有磨损时），为保证膜片弹簧有足够大的压紧力F=F1（用以传递扭矩），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，国内一般取1B =(0.81.0) 1H，当摩擦片磨损后，膜片弹簧的工作点移至A点。为保证摩擦片在最大磨损限度范围内压紧力F1从F1B到F1A变化不大，不可取的太大。当分离时，膜片弹簧工作点从B变到C，为最大限度地减小分离轴承的推力，最大限度地减小踏板力，C点应尽量靠近N点。 图3 膜片弹簧的弹性特性曲线对于本次课题BJ1021车用离合器的改装设计，膜片弹簧主要参数的选择为：1 Hh选取Hh=2.0。2 膜片弹簧的外径取240mm。3 根据设计经验和BJ1021参考样车，选择膜片弹簧的板厚为2.5mm。4 现取R/r=1.25, 自由状态下碟簧部分大端半径 R取为120mm, 自由状态下碟簧部分小端半径 r=96mm。5 现已知Hh=2.0，膜片弹簧钢板厚度 h =2.5mm，则膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度 H=5.0mm。则：自由状态时碟簧部分的圆锥底角 =arctan5/（120-96）5/（120-96）= 11.5，在允许范围内。6膜片弹簧工作点位置的选择： 取e=2.0；B1=1，B2=1；L=120mm 则: k=0.48 F1=k1B1(H- 1) (H- 0.51)+B2h F1=0.00961-0.721+1517分离指数目 n的选择：取n=18。2.4 扭转减振器的设计 发动机传到汽车传动系统中的转矩是周期地不断变化着的，因此就使得传动系统产生扭转振动。如果这一振动的频率与传动系统的自振频率相重合，就将发生共振，从而对传动系统中零件的寿命有很大影响。此外，在不分离离合器的情况下进行紧急制动或进行猛烈接合离合器时，在瞬间内都将对传动系统中的零件造成极大的冲击载荷，在不少的汽车传动系统中装设了扭转减振器。如图所示：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，改变系统的固有振型，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。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。4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷和改善离合器的接合平顺性。 扭转减振器具有线性和非线性特性两种形式。 图1 单级线性减振器的扭转特性 图2 三级非线性减振器的扭转特性单级线性减振器的扭转特性如图1所示，其弹性元件一般采用圆柱螺旋弹簧，广泛应用于汽油机汽车中。 当发动机为柴油机时，怠速时引起变速器常啮合齿轮齿间的敲击， 从而产生怠速噪声。在扭转减振器中另设置一组刚度较小的弹簧， 使其在怠速工况下起作用，以消除变速器怠速噪声， 此时可得到两级非线性特性， 第一级的刚度很小，称为怠速级，第二级的刚度较大。具有怠速级非线性扭转减振器，对降低变速器怠速噪声效果显著。目前，在柴油机汽车中广泛采用具有怠速级的两级或三级非线性扭转减振器 。三级非线性减振器的扭转特性如图2所示，其弹性特性有利于避免传动系共振，降低汽车在怠速和行驶时传动系的扭振和噪声。 3离合器操纵机构的设计 离合器操纵机构是驾驶员借以使离合器分离，而后又使之柔和接合的一套机构。它起始于离合器踏板，终止于飞轮壳内的分离轴承。31对操纵机构的要求1）踏板力要小，轿车：80150N，货车：150200N。2）踏板行程在一定的范围内，轿车：80150mm，货车：180mm。3）摩擦片磨损后，踏板行程应能调整复原。4）有对踏板行程进行限位的装置，防止操纵机构因受力过大而损坏。5）应具有足够的刚度。6）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。32操纵机构结构形式选择 按照分离离合器所需的操纵能源，离合器操纵机构有人力式和气压助力式两类。前者是以驾驶员的肌体作为唯一的操纵能源。后者则是以发动机驱动的空气压缩机作为主要操纵能源，而以人体作为辅助和后备的操纵能源。 人力式操纵机构按所用传动装置的形式分，有机械式、液压式两种。机械式操纵机构广泛应用于中，轻型以下各类汽车上，某些轿车也采用。机械式操纵机构又分，杆系传动装置和绳索传动装置两种形式。杆系传动机构结构简单、工作可靠，被广泛应用。但其质量大，机械效率低，装置中关节点多，因而摩擦损失较大，此外其工作会受车身或车架变形的影响。在平头车，后置发动机汽车等离合器需要用远距离操纵时，合理布置杆系比较困难。绳索传动机构可克服上述缺点，且有可能采用便于驾驶员操纵的吊挂式踏板结构。但是操纵索寿命较短，拉伸刚度较小，故最适用于轻型和微型汽车。机械效率仍不高。机械式操纵机构结构较简单，制造成本低，故障少，但是其机械效率低，而且拉伸变形会导致踏板行程损失过大。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、摩擦阻力小、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。广泛应用于各种形式的汽车中。 离合器液压式操纵机构示意图气压助力式离合器操纵机构一般是利用由发动机带动的空气压缩机作为主要操纵能源，驾驶员的肌体则作为辅助和后备的操纵能源。包括空气压缩机，储气罐在内的一整套压缩空气源结构较复杂，质量也很大，故单为离合器操纵机构设置整套气源系统是不适宜的，一般都是与汽车的气压制动系及其他气动设备共用一套压缩空气源。气压助力装置可以装设在机械式操纵机构中，也可以装设在液压式操纵机构中。改装后离合器的操纵机构结构形式选择为人力液压式操纵机构。33离合器操纵机构的主要计算 踏板行程S由自由行程S1和工作行程S2两部分组成： 式中，S0f为分离轴承自由行程，一般为1.53.0mm，反映到踏板上的自由行程S1一般为030mm；d1、d2分别为主缸和工作缸的直径；Z为摩擦面面数，单盘Z=2，双盘Z=4；S为离合器分离时，对偶摩擦面间的间隙，单片：S=0.851.30mm，双片：S=0.750.90mm。a1、a2、b1、b2、c1、c2为杠杆尺寸。图1所示 图1 液压式操纵机构示意 踏板力Ff可按下式计算 式中，F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， = ；为机械效率，液压式：=80%-90%；机械式：=70%-80%；Fs为克服回位弹簧1、2的拉力所需的踏板力，