离合器设计说明书

前言汽车是作为一种交通工具而产生的，但是汽车发展到今天已经不能把它理解为单纯的“行”的手段。因为“汽车化”改变了当代世界的面貌，它已经成为当代物质文明与进步的象征及文明形态的一种代表。人类社会及人民生活的“汽车化”，大大地扩大了人们日常生活的活动范围，扩大并加速了地区间、国际间的交往，成倍地提高了人们外出办事的效率，极大地加速了人们的活动节奏，促进了世界经济的大发展与人类的快速进步，开创了现代“汽车社会”这样一个崭新的时代。随着社会节奏的加速以及人们生活水平的提高，对汽车来说，人们要求它有自重轻、行使速度高、加速性能好、使用于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点。为了满足汽车各种行使的需求，在汽车上要需要有一套复杂的传动系统。现代汽车上最常用的是机械式传动系统，它是由发动机以及离合器、变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置（如半轴）等部件组成。其中离合器是作为一个独立的部件而存在的。它在传动系统中起着传扭、分离传动、减振和过载保护多重功用，其品质攸关汽车的性能，对于使用工况复杂、超载严重的中国汽车更是如此。随着汽车发动机转速和功率的不断提高、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果正逐步地向拉式结果发展，传统的操作形式正向自动操作形式发展。因此，提高离合器的可靠性和使用寿命，适应高转速，增加传递转矩的能力和简化操作，已成为离合器的发展趋势。另外，离合器是靠摩擦力来传递动力的。离合器的摩擦片也由于摩擦而不断磨损。当摩擦片磨损到一定程度后，就须要对其进行处理或更换摩擦片。但是摩擦片是安装在离合器内的，很难及时处理或更换已磨损了的摩擦片。所以需要一个报警装置来及时提醒驾驶员更换已磨损到了一定程度的摩擦片。鉴于以上情况和针对目前汽车的发展状况、人们的需求，再根据我国目前的技术水平，结合实际生产，编者设计了带摩擦片厚度报警器的离合器。带摩擦片厚度报警器的离合器的设计，是根据离合器的工作原理，针对东风雪铁龙C2轻型轿车车型，在传统离合器的基础上进行创新设计的。经过将近四年的专业知识学习，我已较好地掌握了力学、机械以及与汽车相干的理论知识。我以严谨的科学态度和实事求是的思维理念把这些知识运用到实践中去。在计算中力求做到每一个数据都有据可查，在绘图上每一条线段都有据可依。虽然我编者投入了大量的时间和精力于本书的编写、校订中，但百密难免一疏，恳请读者批评指正。 第一章 绪论现代汽车工业具有世界性，是开发型的综合工业，竞争也越来越激烈。我国自1953年创建第一汽车制造厂至今，已有130多家汽车制造厂，700多家汽车改装厂。随着我国国民经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，对汽车的使用功能不断提出新的要求。目前大部分汽车采用离合器作为汽车的动力传递机构。第一节 离合器的发展概况在采用离合器的传动系统中，早期离合器的结果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。次后，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段改善，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五、六倍。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。第二节 离合器的功用及分类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，驾驶员可以根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机和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。（一） 离合器的主要功用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。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。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连接。应借用两者接触面之间的摩擦作用来传递扭矩（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，为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。但是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）。（二）离合器的分类在机械传动系中，离合器按其传递转矩的方式分类，除了摩擦式外还有电磁（磁粉）式，后者是靠本身的电磁力来传递转矩的；按操纵方式分类，又可以分为强制式和自动式两种。摩擦式又有单、双、多片式及干湿式之分。第二章 方案论证第一节 选定离合器的车型本设计主要针对轿车是轻型车车型，故最好选定的车型为轻型五菱鸿途6381D-舒适型，该车主要参数如下表：表2-1 五菱鸿途6381D-舒适型的主要性能参数发动机型号LJ474Q3E2最大扭矩（Nm）102/3000最大功率（Kw/rpm）60.5/6000最高车速（Km/h）130变速器一档传动比3.6582主减速器传动比37/7（5.8257）整备质量（Kg）1095满载质量（Kg）1615轮胎型号165/70 R13LT第二节 离合器设计基本要求为了保证离合器具有的工作性能，设计离合器应满足如下基本要求：(一) 在任何行使条件下，既能可靠地传递发动机最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载；(二) 接合完全、平顺、柔和，使汽车起步时无抖动、无冲击，分离彻底、迅速；(三) 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的变化，摩擦系数在离合器工作过程中应力求稳定；(四) 从动部分的转动惯量要小，以减小挂档时的齿轮冲击，便于换档和减小同步器的磨损；(五) 应能避免和衰减传动系的扭振，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力；(六) 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 命通风；(七) 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；(八) 具有足够的强度，工作可靠、使用寿命长；(九) 力求结构简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便；(十) 设计时要注意对旋转件的动平衡要求和离心力的影响。第三节 确定离合器的结构型式一 摩擦离合器机构型式的选择汽车离合器有摩擦式、电磁式和液力式三种类型。其中，摩擦式的应用最广泛。现代汽车摩擦离合器的典型结构型式是单片或双片干式，它由从动盘、压盘、压盘驱动装置、压紧弹簧（有沿圆周均布的圆柱螺旋弹簧、中央布置的锥形或圆柱螺旋弹簧和膜片弹簧等）、离合器盖、分离杠杆、分离轴承等构成。本次设计选定的机构型式为单片摩擦式。二 从动盘数及干、湿式的选择（一） 单片干式摩擦离合器如图2-2，2-3，2-4所示，其结果简单，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1000Nm的大型客车和重型货车上也有所推广。当转矩更大时可以采用双片离合器。（二） 双片干式摩擦离合器 如图2-4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。仅用于传递的转矩大且径向尺寸受到限制时。（三） 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。因为它采用油泵对摩擦表面强制冷却，使起步时即使长时间打滑也不会过热，起步性能好，据称其使用寿命可较干式高出56倍。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 图2-2 图2-3 图2-4三压紧弹簧的结构型式及布置离合器压紧弹簧的结构型式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置和斜置等布置型式。根据压紧弹簧的型式及布置，离合器分为：（一） 周置弹簧离合器如图2-1，2-4所示，周置弹簧离合器的压紧弹簧是采用圆柱螺旋弹簧并均匀布置在一个圆周上。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(最高转速高达50007000rmin或更高)，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。（二） 中央弹簧离合器采用一个矩形断面的圆锥螺旋弹簧或用12个圆柱螺旋弹簧做压簧并布置在离合接触，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，常常采用中央弹簧离合器。（三） 斜置弹簧离合器是重型汽车采用的一种新型结构。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cos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。（四） 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。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。膜片弹簧的两侧则有支撑圈。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是，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，后支撑圈则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撑圈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2-5 图2-6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撑环数目的不同，可分为双支撑环（图2-5）、单支持环（图2-6）和无支撑环（图2-7）三种形式。其中双支撑环形式是目前广泛采用的一种结构形式，它又可分为三种，此次设计采用MF型。该结构的离合器是一种比较成熟的膜片弹簧离合器。膜片弹簧、两个支撑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撑环式和单支撑环式两种形式（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，分离形成也比推式要大些。 图2-7 图2-8 膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性（图2-9，图2-10），因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，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。 图2-9 图2-109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，并将支承圈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。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膜片弹簧离合器。四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、传力销式、键式（键槽指销式，键齿式）以及弹性传动片式等。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）。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（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。五 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。综上所述，本次设计是采用单片膜片弹簧离合器。第四节 带摩擦片厚度报警器的离合器的结构及工作原理第三章 设计计算及参数的选择第一节 离合器基本结构参数的选择一 摩擦片设计离合器摩擦片在性能上应满足如下要求：1） 摩擦因数较高且稳定，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，不产生“咬合”或“抖动”现象；7） 长期停放后，摩擦面不发生“粘着”现象。摩擦片的外径是离合器的重要参数。它对离合器的轮廓尺寸有决定性的影响，并根据离合器能全部传递发动机的最大转矩来选择。为了能可靠地传递发动机的最大的转矩Temax，离合器的静摩擦力矩Tc应大于发动机的最大转矩Temax，而离合器传递的最大静摩擦力矩Tc又取决于其摩擦面数Z、摩擦系数f、作用在摩擦面上的总压紧力与摩擦片平均半径Rm，即 (3-1)式中 离合器的后备系数。 f摩擦系数，计算时一般取0.250.30。离合器的基本参数主要有性能参数有后备系数和单位压力参数，尺寸参数D和d及摩擦片厚度h。（一） 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转矩的可靠程度。在选择时应考虑以下几点：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的最大转矩。2） 要防止离合器滑磨过大3） 要能防止传动系过载显然，为了可靠地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；为了使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，又不能选取太大；当发动机后备功率较大，使用条件较好时，可选择小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器磨损，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，选取的值可以比螺旋弹簧的小些；双片离合器的值应大于单片离合器。各类汽车值的选取范围通常为：轿车和微型车、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=1.804.00根据上述原因及所选车型，选取=1.40。（二） 单位压力单位压力对离合器工作性能和使用寿命有很大的影响，选取时应考虑离合器的工作条件，包括发动机的后备功率大小，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，应取小些；当摩擦片外径缴大时，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。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：=0.701.5MPa根据所选车型及摩擦片所用材料，选取=0.20MPa。（三） 摩擦片外径D、内径d和厚度h的确定离合器应按转矩容量或热容量设计，摩擦片或从动片外径D是基本尺寸。它关系到结构尺寸及质量的大小和使用寿命的长短设计是通常首先确定D的值。由以下公式计算D的值： D=2R=2.5= (3-2)式中：发动机的最大转矩 f摩擦系数 z摩擦面数由选车型得= 102Nm，z=2，选取f=0.26，则将各参数值代入(3-2)式后计算得：D=18.67cm=211.5mm。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。摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准GB57641998（汽车用离合器面片），所选的D应使摩擦片最大圆周速度不超过6570m/s，以免摩擦片发生飞离。所以由计算所得D值及参照摩擦片尺寸系列标准GB57641998，最后选定摩擦片的尺寸为下表：表3-1选定的摩擦片的尺寸外径D（mm）内径d(mm)厚度h(mm)C=1-单位面积F（cm）2001403.50.7000.657221（四） 摩擦片外径D的校核：1、摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即 (3-3)式中，为摩擦片的最大圆周速度（m/s）；n为发动机最高转速（r/min）。 将n=6000r/min，D=200mm，代入（3-3）式得： =56.55m/s6570m/s则摩擦片的最大圆周速度在安全范围内。2、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应小于其许用值，即 （3-4）式中，为单位摩擦面积传递的转矩（）；为其允许值（），按表3-2选取。表3-2 单位摩擦面积传递的转矩 （）离合器规格D/mm210210250250325325/0.280.300.350.40 由D=200mm,选取=0.28.则由(3-1)、(3-4)得:故离合器单位摩擦面积传递的转矩在安全范围内。由上述两项校核，可知所选取的摩擦片外径D能满足要求。第二节 膜片弹簧设计(一) 膜片弹簧的结构特点 膜片弹簧的结构形状如图3-1所示，它由弹簧钢板冲制而成。从图中可以看出，膜片弹簧在结构形状上分成两部分，在膜片弹簧大端处为一完整的截锥体，如图3-2的样子。它的形状像一个无底的碟子，与一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分，膜片弹簧起弹性作用的正是此部分。碟形弹簧的弹性作用是这样的 沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形(如图3-2所示)。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式，所不同是在膜片弹簧上还包含有径向开槽部分，此部分像一圈瓣片，其作用是：当分离离合器时作为分离杆，故此瓣片又称作分离指。分离指与碟簧部分交接处的径向槽呈长方圆形孔，这样做一方面可以减少分离指根部的应力集中(分离指根部过渡圆角半径应大于4.5mm)，另一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧。 图3-1 膜片弹簧 图3-2 碟形弹簧(二) 膜片弹簧的加载方式和变形情况离合器在接台与分离时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应地存在着两种加载方式和变形形状。1、接合时 离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧的作用。在压盘、离台器盖总成未与飞轮装台之前，膜片弹簧近似处于自由状态(如图3-3a所示)，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘、离台器盖总成与飞轮装合时，离台器盖前端面与飞轮前端面靠拢，因此离台器盖通过支承环1对膜片弹簧施加载荷，膜片弹簧几乎被压平(如图3-3b所示)，同时在压盘处也作用有载荷，即为压紧力。图33 膜片弹簧在不同工作状态时的变形 a)自由状态 b)压紧状态 c)分离状态 2、分离时 当分离轴承以力作用在膜片弹簧小端的分离爪上时,支承环1逐渐不起作用，而支承环2开始起作用，当力达到一定值耐，膜片弹簧被压翻，离合器分离(如图3-3c所示)，称为分离力。 (三) 膜片弹簧的弹性变形特性如前所述，膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分，碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧不一样，它是一种非线性弹簧，其特性与碟簧部分的内截锥高H及弹簧片原h之比值 H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的弹性变形特性， 一般可分成下列四种情况：1 、H/h 如图3-4所示，图中曲线A为 H/h=0.5时的无因次特性曲线，,从曲线形状可知：随着载荷P的增加，变形也不断增加，这种膜片弹簧刚度很大，可以承受很大的载荷，适台于作为缓冲装置中的行程限制器。图3-4 不同Hh值的无因次特性曲线 图3-5 膜片弹簧的弹性变形特性2、H/h 图3-4中曲线B为Hh=1.5时的无因次特性曲线，曲线中间有一段很平直、变形在增加载荷P几乎保持不变，这种弹簧叫做零刚度弹簧。3、H/h2 如图3-5所示，图中曲线为Hh=3时的无因次特性曲线，这种弹簧的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工况区，而且有载荷为负值的区域，这种弹簧适用于汽车液力传动中的锁止机构。 (四) 膜片弹簧设计计算公式1、正常工作状态下，压紧力和膜片弹簧大端变形有如下关系式： （35）式中，E弹性模数，对于钢：E2.1105Mpa； 泊松比，钢材料取0.3； h弹簧钢板厚度，mm；H碟簧的内截锥高度，mm；R碟簧大端半径，mm； r碟簧小端半径，mm； 膜片弹簧与压盘接触处的半径，mm； 支承圈平均半径，mm；2、分离时，加载点从压盘与膜片大端接触处移动到分离轴承接触处，载荷为，变形为，有：（36）（37）式中， 为分离轴承推力的作用半径，mm将(35)代入（37）,可得分离轴承推力与膜片弹簧大端变形的关系式:（38） (五) 膜片弹簧基本参数的选择 1、比值H/h和h的选择 如前所述,比值H/h对膜片的弹性特性影响极大，因此，要H/h对弹簧特性的影响，正确地选择该比值，以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能。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1.52.2，板厚为24mm。根据上述原因及所选车型，选取H/h=1.87，h=2.3mm，则H=4.3mm。 2、R/r比值及R、r的选择 研究表明，R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲线受直径误差的影响越大，而且应力越高。碟形弹簧储蓄弹性能的能力，在R/r=1.82.0为最大，用于缓和冲击、吸收振动等需要储存大量弹性能的碟簧最佳。但对汽车离合器的膜片弹簧而言，并不要求储存大量的弹性能，而应根据结构布置和压紧力的要求，通常取R/r为1.21.35。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。根据上述原因及所选车型，选取R/r=1.24，R=99mm，则r=80mm。 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/（R-r）H/（R-r），一般在915范围内。则代入H、R、r值得：=1258。 4、压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定 和的取值将影响膜片弹簧的刚度。应略大于r且尽量接近r，应略小于R且尽量接近R，因此，选取 =98mm，=81mm。5、分离指数目n的选取 分类指数目n常取为18，大尺寸膜片弹簧可取24，小尺寸可取12。考虑到所选车型，选取n=18。 图36 膜片弹簧的尺寸简图 6、切槽宽度、及半径（图36）的确定 =3.23.5mm，=910mm，的取值应满足的要求。因此选取=3.2mm，=9mm，=70mm。 7、膜片弹簧小端内半径（图3-6）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。因膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比在一定范围内选取，即 推式：2.34.5 拉式：3.59.0本设计为推式，折中选取杠杆比为3，而已知=98mm、 =81mm,则: =30mm而与的差值应在04范围内，则选取=28mm。 8、膜片弹簧工作位置点的选择及计算 膜片弹簧工作点位置如图37所示。选择好工作点位置很重要。该曲线的H对应着膜片弹簧的压平位置，而且1H=（1M +1N）/2。新离合器在结合状态时，膜片弹簧工作B一般取在凸点M和拐点H之间，且靠近或在H点处，一般1B=（0.81.0）1H，以保证摩擦片在最大磨损限度范围内的工作点从到变化不大，分离时，膜片弹簧工作点B变到C，为最大限度的减小踏板力，C点应尽量N点。摩擦片总的最大允许磨损量可按下式求得： （39） 式中，为离合器的摩擦片工作表面数目，单片时=2； 为每个摩擦工作表面的最大允许磨损量，一般=0.51.0mm； 取=0.9，则=20.9=1.8mm。 (1)、确定M、N点 因M、N为拐点，则对公式（35）求导即可，即令，代入各值化简后得： 求根得：， 则=2.39mm，=5.30mm。 (2)、确定H、B、A、C点 H点：=（2.39+5.3）/2=3.845mm； B点：=0.9*3.845=3.46mm； A点：=3.46-1.8=1.66mm； C点：=5.4mm。 图37膜片弹簧工作点位置（六） 膜片弹簧的强度校核 如图38所示以中性点O为坐标原点在子午截面处建立x-y坐标系，则截面上任意点的切向应力为： （310）式中，为碟簧部分子午截面的转角，rad；为膜片弹簧自由状态时的圆锥底角,rad； e为中性点O的半径，mm,e=(R-r)/ln(R/r)。 分析表明，膜片弹簧碟簧部分凸面的内缘点B（见图38）处切向压应力最大；而凹面的外缘点A或A处的切向拉应力最大，但B点的应力值最高，而且B点的最大应力值是发生在离合器分离过程中的某一位置，并且此时B点处于两向应力状态。故通常只计算B点处的应力来校核膜片弹簧的强度，应使B点的当量应力小于许应力，即Bjmax时，1取值为max。1、求离合器彻底分离时，分离轴承作用的载荷 彻底分离时，=5.4mm，则将各参数代入公式（38）得：=993.996N。2、求分离轴承的实际行程 压盘行程=-=1.94mm，则将各参数代入公式（36）得，分离指假定为刚性时的分离行程：=6.61mm因分离指为非刚性的，则分离指在力的作用下有附加弹性变形，则分离轴承推膜片弹簧的实际行程为=+ （313）式中的附加弹性变形可由下式求得： （314） （315） （316）式中 膜片弹簧分离指前部最宽处的半径，mm； 膜片弹簧小端半径，mm； n膜片弹簧分离指的数目； 1分离指前部的宽度系数； 2分离指根部的宽度系数； 1分离指前部的切槽宽度，mm； 2分离指根部的切槽宽度，mm； 代入公式（314）、（315）、（316）各项参数数值，计算得： =0.98mm。则=0.98+6.61=7.59mm。 3、求B点当量应力首先，求B点应力最大时弹簧大端的变形。在公式（312）中各项参数均已知，则代入各值计算得：=5.98mm。因此有，则=1.94mm。将值及各项所需参数值代入公式（311）中可得： =1082.9因此膜片弹簧满足使用要求。第三节 离合器盖总成设计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。（一）离合器盖设计离合器盖与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的部分扭矩。此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支承壳体。在离合器盖结构设计时应注意以下几个问题。（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，一面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。或在盖上下班加设通风扇片等，用以鼓风。本设计采用厚3mm的钢板冲压而成。第四节 压盘结构设计（一） 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。（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。（二） 压盘几何尺寸的确定 1、压盘内、外径的确定（dy、Dy） 前面我们已经通过计算确定了摩擦片的内、外径。从一般而言，压盘内径稍微小于摩擦片的内径，压盘外径稍大于摩擦片外径。故本设计压盘内径为dy=138mm，压盘外径Dy=202mm。 2、压盘厚度的确定主要依据以下两点：（hy）压盘的质量在离合器的接合过程中，由于滑摩功的存在，第接合一次都要产生大量的热，而第次接合的时间短（大约3秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到周围空气中去，这样必然导致摩擦副的温升。在使用频繁和困难条件下工作的离合器，这种温升就更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。 由于用石棉材材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中所产生的热主要由飞轮和压盘等零件吸收，为了使每次接合时的温升不致过高，帮要求压盘具有足够大的质量以吸收热量。压盘的刚度压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。鉴于以上两个原因：压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于15mm）。故本设计取压盘厚度为hy =15mm。3.、校核禽合器接合一次时的温升压盘设计时，在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升。它不应超过810。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。校核计算的公式如下： （317）式中，温升（） W滑磨功（Nm） 分配到压盘上的滑磨功所占的百分比 单片离合器压盘： =0.50 双片离合器压盘： =0.25 双片离合器中间压盘： =0.50 C压盘的比热，C=481.4J/（kg）（铸铁压盘）： 压盘重量