四驱汽车离合器设计【三维PROE】 【狮跑轻型汽车单片推式膜片弹簧】【含9张CAD图纸+说明书完整资料】
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三维PROE
狮跑轻型汽车单片推式膜片弹簧
含9张CAD图纸+说明书完整资料
四驱汽车离合器设计【三维PROE】
【狮跑轻型汽车单片推式膜片弹簧】【含9张CAD图纸+说明书完整资料】
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黑龙江工程学院本科生毕业设计I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。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。本文主要是对狮跑轻型汽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，主要进行了以下工作：利用Pro/E、CAD 等计算机辅助设计软件进行相关设计，并用 MATLAB 软件对膜片弹簧的弹性变形进行了建模。主要进行了以下工作：根据发动机最大转矩，转速，整车质量，车轮半径等设计狮跑汽车离合器的各部件，主要有摩擦片的选择，从动盘总成设计，圆柱螺旋弹簧设计,膜片弹簧设计，压盘设计以及离合器盖的设计。关键词: 离合器;膜片弹簧;从动盘;压盘;摩擦片黑龙江工程学院本科生毕业设计IIABSTRACTAutomobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft。In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle.It has great capacity of torque And more stabley ,manipulate easy and convenient ,well equilibrium ,And also can produce batch .so the research of the clutch is more and more important . This design manual elaborated on the construction form,parametre choose and process of calculate of the light vehicle.This article is Sportage light vehicles Diaphragm spring clutch design. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the clutch system design steps and requirements, mainly for the following work: the use of Pro / E, CAD and other computer-aided design software related to design and use of MATLAB software, the flexibility of the diaphragm spring deformation modeling. Mainly the work of the following: In accordance with the largest engine torque, speed, vehicle quality and design of the wheel radius, such as the Lions ran the auto clutch parts, mainly the choice of friction plate, follower plate assembly design, the design of cylindrical helical spring, designed diaphragm spring, pressure plate design and the design of the clutch cover.Key Words: Clutch;Theca Spring;Driven Plate;Friction disc黑龙江工程学院本科生毕业设计1目 录摘 要 IAbstractII第 1 章 绪 论31.1 离合器的发展31.2 Pro/E 软件的特点41.3 主要设计内容5第 2 章 离合器设计方案选择62.1 离合器性能关系式62.3 外径的确定72.4 本章小结9第 3 章 从动盘总成设计103.1 摩擦片设计103.2 从动盘毂设计103.3 从动片设计143.4 扭转减振器设计143.4.1 扭转减振器的功能143.4.2 扭转减振器的结构类型的选择143.4.3 扭转减振器的参数确定153.5 减振弹簧的尺寸确定17第 4 章 膜片弹簧设计244.1 膜片弹簧的概念244.2 膜片弹簧的弹性特性244.3 膜片弹簧的设计284.4 膜片弹簧的强度计算314.4.1 膜片弹簧大端半径及大端半径与分离指半径比的选择324.4.2 膜片弹簧在自由状态下的圆锥底角32黑龙江工程学院本科生毕业设计24.4.4 分离指的数目和切槽宽及半径324.4.5 支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径324.5 本章小结33第 5 章 主动部分设计345.1 压盘设计345.2 离合器盖设计355.3 传动片设计375.4 分离套筒和分离轴承的设计405.5 本章小结40结论41参考文献42致谢43附录44附录 A 英文文献与中文参考译文44附录 B 膜片弹簧的弹性特性曲线55黑龙江工程学院本科生毕业设计3第 1 章 绪 论1.1 离合器的发展在早期研发的离合器结构中，锥形离合器最为成功。它的原型设计曾装在 1889年德国戴姆勒公司生产的钢制车轮的小汽车上。它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥形离合器的方案一直延续到 20 世纪 20 年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较简单，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过骆毛带、皮革带等。那时曾出现过蹄-鼓式离合器，其结构有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄-鼓式离合器用的摩擦元件是木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现主、从动件根本无法分离的自锁现象。现今所用的盘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。多片离合器最主要的优点是，汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更为满意的性能。浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外，油也容易把金属盘片粘住，不易分离。但毕竟还是优点大于缺点。因为在当时，许多其他离合器还在原创阶段，性能很不稳定1。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦片数，这是由多片离合器向单片离合器转变的关键。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使用多片离合器。早期的单片干式离合器由与锥形离合器相似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是，由于单片干式离合器结构紧凑，散热良好，转动惯量小，所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功地开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。实际上早在 1920 年就出现了单片干式离合器，这和前面提到的发明了石棉基的摩擦面片有关。但在那时相当一段时间内，由于技术设计上的缺陷，造成了单片离合器在接合时不够平顺的问题。第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上是没有摩擦面片的，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上的，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧，沿着圆周布置直接压在黑龙江工程学院本科生毕业设计4压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这种布置在设计上带来了实实在在的好处，使压盘上的弹簧的工作压力分布更均匀，并减小了轴向尺寸。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摩擦离合器，因为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，而且由于在结构上采取一定措施，已能做到接合盘式平顺，因此现在广泛采用于大、中、小各类车型中。如今单片干式离合器在结构设计方面相当完善。采用具有轴向弹性的从动盘，提高了离合器的接合平顺性。离合器从动盘总成中装有扭转减振器，防止了传动系统的扭转共振，减小了传动系统噪声和载荷。随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈来愈多地采用具有双质量飞轮的扭转减振器，能更好地降低传动系的噪声。对于重型离合器，由于商用车趋于大型化，发动机功率不断加大，但离合器允许加大尺寸的空间有限，离合器的使用条件日酷一日，增加离合器传扭能力，提高使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器的传扭能力，在重型汽车上可采用双片干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片离合器的传扭能力和使用寿命是单片的 2 倍。但受到其他客观因素的影响，实际的效果要比理论值低一些。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的设计。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3。1.2 Pro/E 软件的特点Pro/Engineer 是美国 PTC 公司开发的一套机械 CAD/CAE/CAM 集成软件，其技术领先，在机械、电子、航空、邮电、兵工、仿真等各行各业都有应用，在CAD/CAE/CAM 领域中处于领先地位。它集零件设计、大型组件设计、钣金设计、造型设计、模具开发、数控加工、运动分析、有限元分析、数据库管理等功能于一身，具有参数化设计，特征驱动，单一数据库等特点，大大加快了产品开发速度。为产品上市赢得了宝贵的时间。 未来的 Pro/E 发展将是参数化的设计，二次开发将是其中的一个重要方向，这就需要将其集中化、网络化、智能化、标准化。黑龙江工程学院本科生毕业设计5(1)集中化涉及的功能集中、信息集中、 过程集中于动态联盟中的企业集中；与其它软件的集中，更是在设计中起到举足轻重的作用(2)网络化 技术的飞速发展，改变了产品的设计模式，使得资源得到更好的利用。(3)智能化 在实现集中话和网络化的同时，将人工的智能技术，特别是专家的系统技术，与传统的 PRO/E 技术结合起来，形成能够完成方案构思与拟定设计方案与选择 结构设计 参数确定等设计活动智能化的 PRO/E 系统，是 PRO/E 发展方向。(4)标准化 将 PRO/E 绘的图用 ANSYS 或 ADAMS 进行机构分析，运动分析，热分析，都需要将图像格式标准化为 IGES,STEP;接口标准化 CGI,计算机体系源文件 CGM,面向图形应用软件的标准 GKS 和 PHIGS 等等本设计使用的 Pro/Engineer Wildfire3.0 是 Pro/Engineer 的最新版本，其功能较以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更为好用，可以大大提高技术人员的工作效率。1.3 主要设计内容参照狮跑汽车的参数可以选择离合器摩擦片的摩擦面积以及材料，依次可以设计离合器的各总成，利用 CAD 软计画出装配图以及分解为各个零件图，找出不足之处加以修正，利用 PRO/E 软件建模各零件然后装配（1）研究国内外离合器发展状况。（2）根据狮跑汽车参数进行离合器设计。（3）方案的选择。（4）根据方案设计各零件。（5）利用 Pro/E，CAD 软件对设计的各个零件进行装配。黑龙江工程学院本科生毕业设计6第 2 章 离合器设计方案选择2.1 离合器性能关系离合器性能关系 摩擦片或从动盘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最大转矩，离合器的静摩擦力矩应大于发动机最大转矩，而离合器传递maxccmaxc的摩擦力矩又决定于其摩擦面数 Z、摩擦系数 f、作用在摩擦面上的总压紧力 P与c摩擦片平均摩擦半径 Rm，即 (2.1) mNRZfPerccmax式中：离合器的后备系数，见表 2.2摩擦系数，计算时取 0.4f该车型发动机最大转矩为 184Nm，取后备系数 为 1.25 可得离合器的maxc静摩擦力矩。mNc23125. 11842.2 后备系数的选择离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递及避免起步时滑maxc磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。本设计是基于狮跑汽车的离合器设计，该车型属于越野车类型，故选择本次设计的后备系数取=1.25。因为该车型为城市越野车，不需要太大的后备系数。本车设计采用单片膜片弹簧离合器。本车采用的摩擦式离合器是因为其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。而采用干式离合器是因为湿式离合器大多是多盘式离合器，用于需要传递较大转矩的离合器，而该车型不在此列。采用膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜黑龙江工程学院本科生毕业设计7片弹簧具有非线性特性，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。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断地提高，因而这种离合器在轿车及微型、轻型客车上已得到广泛的采用，而且逐渐扩展到载货汽车上。从动盘选择单片式从动盘是一位其结构简单，调整方便。压盘驱动方式采用传动片式是因为其没有太明显的缺点且简化了结构，降低了装配要求又有利于压盘定中。选择推式离合器是因为零件数目更少，结构更简化，轴向尺寸更小，质量更小；并且分离杠杆较大，使其踏板操纵力较轻。综上本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器2。表 2.1 狮跑汽车离合器设计依据参数名称数据整备质量 MM=1418kg总质量 mm=1793kg主传动比 i00=4.625最大道路阻力系数max=0.417max最大扭矩TenT/max=184/4500rpmmaxeT最大功率 P/n=184/4500rpmmaxeT传动系机械效率=0.93最大爬坡度max=16.5max最大车速maxuhkmu/171max前后轮胎规格215/65 R16表 2-2 后备系数车 型轿车 轻型货车中 重型货车越野车 牵引车后 备 系 数1.301.751.602.252.03.52.3 外径的确定黑龙江工程学院本科生毕业设计8摩擦片外径是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩大小有一定关系。显然，传递大的转矩，就需要大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机最大转矩来确定 D 时，摩擦片的外径 D 是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径D，在确定外径时，可以根据以下经验公式（2.23）计算出： D= 100 (2.2)maxeTA式中:D摩擦片外径，mmT发动机最大扭矩，N.mmaxeA和车型及使用条件有关的常数将数据：T=184N.m，轿车单片摩擦离合器 A=47,代入式（2.2） ，则得：maxeD=197.86mm。根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，由表 2.32（即 GB145774）可取摩擦片有关标准尺寸：外径 D=200mm，径 d=140mm 厚度 h=3.5mm 内径与外径比值 C=0.7。 表 2.3 摩擦尺寸系列和参数外径/D mm内径/d mm厚度/h mm内外径之比/d D单位面积2/F mm1601103.20.687106001801253.50.694132002001403.50.700160002251503.50.667221002501553.50.620302002801653.50.589402003001753.50.583466003251903.50.5855460035019540.5576780038020540.54072900黑龙江工程学院本科生毕业设计9所选的尺寸 D 应符合有关标准(JB1457-74)的规定。表 2-3 离合器摩擦片的尺寸系列和参数。另外，所选的 D 应符合其最大圆周速度不超过 6570m/s 的要求，且重型汽车不应超过 50m/s。根据发动机参数该车型发动机最大转矩 Te max为 184Nm 及表可查出本车将使用单片式离合器，且离合器摩擦片外径为 200mm。再查表 2.3 以及表 2-4 即可得到摩擦片的具体参数，如下：摩擦片外径 D=200mm摩擦片内径 d=140mm摩擦片厚度 h=3.5mm摩擦片内外径比 d/D=0.7单面面积 F=221cm2摩擦片根据已知的数据建模如图 2.1。图2.1 从动盘的Pro/E模型2.4 本章小结本章对离合器的摩擦片进行了选择，确定了离合器摩擦片的外径尺寸，对以后其他多个部件总成的外形尺寸选择起了决定作用。通过对摩擦片这个零件的设计选择，还可以间接确定离合器的外形尺寸等。黑龙江工程学院本科生毕业设计10第 3 章 从动盘总成设计3.1 摩擦片选择离合器表面片在离合器接合过程中将遭到严重的滑磨，在相对很短的时间内产生大量的热，因此，要求面片应有下列一些综合性能：（1）在工作时有相对较高的摩擦系数；（2）在整个工作寿命期内应维持其摩擦特性，不希望出现，摩擦系数衰退现象；（3）在短时间内能吸收相对高的能量，且有好的耐磨性能；（4）能承受较高的压盘作用载荷，在离合器接合过程中表现出良好的性能；（5）能抵抗高转速下大的离心力载荷而不破坏；（6）在传递发动机转矩时，有足够的剪切强度；（7）具有小的转动惯量，材料加工性能良好；（8）在整个正常工作温度范围内，和对偶材料压盘、飞轮等有良好的兼容摩擦性能；（9）摩擦副对偶面有高度的溶污性能，不易影响它们的摩擦作用；（10）具有良好的性能/价格比，不会污染环境3。鉴于以上各点，近年来，摩擦材料的种类增长极快。挑选摩擦材料的基本原则是：（1）满足较高性能标准；（2）成本最小；（3）考虑用石棉。本设计离合器摩擦片选用石棉材料。3.2 从动盘毂设计从动盘毅的花键孔与变速器第一轴前端的花键轴以齿侧定心矩形花键的动配合相联接，以便从动盘毅能作轴向移动。花键的结构尺寸可根据从动盘外径和发动机转矩按 GB1144-74 选取(见表 3.1)。从动盘毅花键孔键齿的有效长度约为花键外径尺寸的(1.01. 4)倍(上限用于工作条件恶劣的离合器)，以保证从动盘毅沿轴向移动时不产生偏斜。从动盘毂还是与减振弹簧、扭转减振器、减振盘等零件起定位和支撑的作用，从黑龙江工程学院本科生毕业设计11动盘毂通过铆钉与减振盘和从动片连接，铆钉选取直径为 D=10mm,用三个铆钉均匀的布置，而且为了从动盘与减振盘的轴向定位，在从动盘毂的两边分别安装有一个支撑片。表 3.1 GB1144-74从动盘外径D/mm发动机转矩/N mmaxe花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm键齿宽b/mm有效齿长l/mm挤压应力/MPa16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.143080010453656513.545095010524166512.5花键尺寸选定后应进行挤压应力 ( MPa)及剪切应力 j ( MPa)的 j （3.1） MPaznldDjej30822max MPaznlbdDjej154max（3.2） 式中： ，分别为花键外径及内径，mm；Ddn花键齿数；，b分别为花键的有效齿长及键齿宽，mm；lmaxe黑龙江工程学院本科生毕业设计12z从动盘毅的数目；发动机最大转矩，N mm。maxe从动盘毅通常由 40Cr ， 45 号钢、35 号钢锻造，并经调质处理，HRC2832。由表 3.1 取得：花键齿数 n=10；花键外径 D=29mm；花键内径 D=23mm；键齿宽 b=4mm；有效齿长 l=25mm；挤压应力=28.8MPa；校核=19.342MPa；j=2.16MPa符合强度得要求。j计算完之后进行从动盘个零件的 Pro/E 建模，减振弹簧孔中心孔中心线距离圆心46mm,长 26.63mm,宽 12.35mm,两孔之间的角度 60 度。首先先画出从动盘，先建立一个圆盘如图 3.1 所示。图 3.1 从动盘建模过程 1然后开始拉伸安装减震弹簧的孔，安装铆钉的孔对于圆盘圆心的距离按照设计装配关系设计为 61.55mm,减振弹簧所在的孔中心对圆盘的中心距离根据装配关系应该为 46mm,根据减振弹簧的选择，均布六个减振弹簧安装孔，减振弹簧根据设计安装长度根据计算长为 26.35mm，宽为 12mm,然后阵列如图 3.2 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计13图 3.2 从动盘建模过程 2最后再分别拉伸与支撑片和摩擦片的铆钉孔，并设计的挡槽，档槽的位置依据弹簧的伸出量调节，效果如图 3.3 所示。图 3.3 阵列孔然后设置档槽 黑龙江工程学院本科生毕业设计143.3 从动片设计 从动片通常用 1.32.0mm 厚的钢板冲压而成。本设计取 1.5mm，有时将其外缘的盘形部分磨薄至 0.651.0mm，以减小其转动惯量。从动片的材料与其结构型式有关，整体式即不带波形弹簧片的从动片，一般用高碳钢(50 或 85 号钢)或 65Mn 钢板，热处理硬度 HRC3848；采用波形弹簧片的分开式(或组合式)从动片，从动片采用08 钢板，氰化表面硬度 HRC45，层深 0.20.3mm；波形弹簧片采用 65Mn 钢板，热处理硬度 HRC4351。本设计成本设计从动片的形状依据从动盘以及摩擦片的尺寸工作面做成扇形。 3.4 扭转减振器设计3.4.1 扭转减振器的功能为了降低汽车传动系的振动，通常在传动系中串联一个弹性一阻尼装置，它就是装在离合器从动盘上的扭转减振器。其弹性元件用来降低传动系前端的扭转刚度，降低传动系扭振系统三节点振型的固有频率，以便将较为严重的扭振车速移出常用车速范围；其阻尼元件用来消耗扭振能量，从而可有效地降低传动系的共振载荷。 3.4.2 扭转减振器的结构类型的选择图 3.4 给出了几种扭转减振器的结构图，它们之间的差异在于采用了不同的弹性元件和阻尼装置。采用圆柱螺旋弹簧和摩擦元件的扭转减振器得到了最广泛的应用。在这种结构中，从动片和从动盘毅上都开有 6 个窗口，在每个窗口中装有一个减振弹簧，因而发动机转矩由从动片传给从动盘毅时必须通过沿从动片圆周切向布置的弹簧，这样即将从动片和从动盘毅弹性地连接在一起，从而改变了传动系统的刚度。当 6 个弹簧属同一规格并同时起作用时，扭转减振器的弹性特性为线性的。这种具有线性特性的扭转减振器，结构较简单，广泛用于汽油机汽车中。当 6 个弹簧属于两种或三种规格且刚度由小变大并按先后次序进人工作时，则称为两级或三级非线性扭转减振器。这种非线性扭转减振器，广泛为现代汽车尤其是柴油发动机汽车所采用。柴油机的怠速旋转不均匀度较大，常引起变速器常啮合齿轮轮齿问的敲击。为此，可使扭转减振器具有两级或三级非线性弹性特性。第一级刚度很小，称怠速级，对降低变速器怠速噪声效果显著。线性扭转减振器只能在一种载荷工况(通常为发动机最大转矩)下有效地工作，而三级非线性扭转减振器的弹性特性则扩大了适于其有效工作的载荷工况范围，这有利于避免传动系共振，降低汽车在行驶和怠速时传动系的扭振和噪声。 采用空心圆柱形见或星形等其他形状的橡胶弹性元件的扭转减振器，也具有非线性的弹性特性。虽然其结构简单、橡胶变形时具有较大的内摩擦，因而不需另加阻尼黑龙江工程学院本科生毕业设计15装置，但由于它会使从动盘的转动惯量显著增大，且在离合器热状态下工作需用专门的橡胶制造，因此尚未得到广泛采用。减振器的阻尼元件多采用摩擦片，结构中阻尼摩擦片的正压力靠从动片与减振盘间的连接铆钉建立。其结构虽简单，但当摩擦片磨损后，阻尼力矩便减小甚至消失。为了保证正压力从而阻尼力矩的稳定，可加进碟形弹簧，同时采用不同刚度的碟形弹簧和圆柱螺旋压簧分别对两组摩擦片建立不同的正压力，就可实现阻尼力矩的非线性变化5。1-从动片；2-从动盘毂；3-摩擦片；4-减振弹簧；5-碟形弹簧垫片；6-压紧弹簧；7-减振盘；8-橡胶弹性元件图 3.4 减振器结构图3.4.3 扭转减振器的参数确定（1）扭转减振器的角刚度减振器扭转角刚度 K 定于减振弹簧的线刚度及结构布置尺寸，按下列公式初选角刚度 K13 Tj（3.3） 式中为极限转矩，按下式计算Tj=（1.52.0） TjTemax（3.4）黑龙江工程学院本科生毕业设计16式中 2.0 适用商用车，1.5 适用乘用车，本设计为乘用车，选取 1.5，为发动maxeT机最大扭矩，代入数值得=256，K 4784。Tj（2）扭转减振器最大摩擦力矩由于减振器扭转刚度 K 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。一般可按下式初选为T =（0.060.17） TTemax（3.5） 取=0.13，本设计按其选取=23.92Nm。TTemaxT（3）扭转减振器的预紧力矩减振弹簧安装时应有一定的预紧。这样，在传递同样大小的极限转矩它将降低减振器的刚度，这是有利的，但预紧力值一般不应该大于摩擦力矩否则在反向工作时，扭转减振器将停止工作。一般选取=（0.050.15）=23.92 Nm。T预Temax（4）扭转减振器的弹簧分布半径减振弹簧的分布尺寸 R1的尺寸应尽可能大一些，一般取 R1 =（0.600.75）D/2 其中 D 为摩擦片内径，代入数值，得 R1 =46mm。 （5）减振器弹簧数目 可参考表 3.1 选取，本设计 D=200mm，故选取 Z=6。表 3.2 减振弹簧的选取离合器摩擦片外径D减振弹簧数目 Z 225250 46 250325 68 325355 810 350 10 以上当限位弹簧与从动盘毂之间的间隙被消除时，弹簧传递扭矩达到最大 Tj= P总RTj1黑龙江工程学院本科生毕业设计17（3.6） 式中的计算应按 Tj的大者来进行=751N。P总P总每个弹簧工作压力 （3.7） PPZ总=125.1N（6）从动片相对从动盘毂的最大转角 (3.8)2arcsin2laR=4.35（7）限位销与从动盘缺口侧边的间隙 (3.9) 2sinaR式中：R2为限位销的安装半径， 一般为 2.54mm。本设计取 =3。（8）限位销直径限位销直径按结构布置选定，一般=9.512mm，本设计取=10。ddd(9) 从动盘毂缺口宽度及安装窗口尺寸为充分利用减振器的缓冲作用，将从动片上的部分窗口尺寸做的比从动盘毂上的窗口尺寸稍大一些，如图 3-5 所示。图 3.5 从动盘窗口尺寸简图一般推荐 A1-A=a=1.31.6mm。这样，当地面传来冲击时，开始只有部分弹簧参加工作，刚度较小，有利于缓和冲击。本设计取 a=1.35mm，A=25mm，A1=26.35mm3.5 减振弹簧的尺寸确定在初步选定减振器的主要尺寸后，即可根据布置上的可能来确定和减振弹簧设计黑龙江工程学院本科生毕业设计18的相关尺寸。弹簧的平均直径：一般由结构布置决定，通常选取=1115 左右。本设计2D2D选取=12。2D弹簧钢丝直径： (3.10)2318PDd式中扭转许用应力=550600MPa，D1算出后应该圆整为标准值，一般为34mm 左右。代入数值，得=3.398，符合上述要求。1d 减振弹簧刚度： Kc=K/1000R1z (3.11) =321N/mm 减振弹簧的有效圈数： = (3.12) iCGDd32418式中 G 为材料的扭转弹性模数，对钢=83000N/mm2，代入数值，得 =4.4。Gi减振弹簧的总圈数=6。1.52ni 减振弹簧在最大工作压力 P 时最小长度： (3.13)min1Ln d=22.91mm11.1d n式中=0.337 为弹簧圈之间的间隙。10.1d减振弹簧的总变形量： (3.14) Plc =3.91mm减振弹簧的自由高度： (3.15) 0minlll=26.82减振弹簧的预变形量：黑龙江工程学院本科生毕业设计19 (3.16) Tl 预1czR=0.19mm减振弹簧安装后的工作高度： (3.17) 0lll=26.63mm 确定好弹簧的参数之后，按照参数进行螺旋扫描，过程如图 3.6 所示。图 3.6 减震弹簧建模过程黑龙江工程学院本科生毕业设计20图 3.7 扫描螺旋弹簧设计完减振弹簧，再设计减振盘毂，过程与从动盘有类似，多了几部分内容为按照计算的尺寸轴向拉伸出花键轴，并在内部做成花键并倒角，花键的尺寸在表 3-1 中。拉伸出安放减振弹簧孔的位置与从动盘相同。效果如图 3.8 所示。 图 3.8 扭转减震器的 Pro/E 模型设计完扭转减震器与减震弹簧，把他们装配到一起，检查是否有干涉。如图 3.9所示黑龙江工程学院本科生毕业设计21图 3.9 装入弹簧的减震器然后设计从动盘，从动盘的建立首先按照数据尺寸草绘出一个环形结构。在环形结构的基础上，按照已经算出的减振弹簧的尺寸，拉伸出安装减振弹簧的孔，并在减振弹簧的外围留出安装铆钉的铆钉孔，具体建模过程见图 3.10 与-图 3.11 表示。图 3.10 减振盘建立过程 选好位置后拉伸打孔，然后阵列六个，如图 3.11，然后在图上选取好位置打下从动盘的铆孔，铆钉直径选择 6 毫米。然后阵列。黑龙江工程学院本科生毕业设计22图 3.11 留出弹簧安装位置然后打孔 从动盘盘工作过程中受到扭转力的影响容易轴向偏移，这就需要在他两侧分别加装支撑片铆接，起到稳定减振盘毂的作用，具体图形如图 3.12 所示。图 3.12 支撑弹簧片在建立了从动盘的各个零件之后，应该把这些零件装配到一起，检查一下是否有干涉现象的存在，如果没有干涉，证明了从动盘的建立适合格的。从动盘的图形如图3.13 所示。黑龙江工程学院本科生毕业设计23图 3.13 从动盘的总装总装之后为了更清楚地看到从动盘的结构和零件之间的装配关系，可以利用Pro/E 软件的图形分解功能显示，如图 3.15 所示。图 3.15 从动盘的分解图3.6 本章小结离合器从动盘各部件总成进行了设计计算及校核。从动盘包括摩擦片、扭转减振器、波形弹簧、从动盘毂及其他一些起紧固、传递力作用的零件。考虑了其各方面的要求及特征，改进了原零件的一些设计方案和材料，使整体效果更好一些。并能提高黑龙江工程学院本科生毕业设计24离合器本身的使用寿命及汽车的舒适性等。黑龙江工程学院本科生毕业设计25第 4 章 膜片弹簧设计4.1 膜片弹簧的概念膜片弹簧的大端处为一完整的截锥，类似无底的碟子，和一般机械上用的碟形弹簧一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分，形成许多称为分离指、起分离杠杆作用的弹性杠杆。分离指与碟簧部小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔，分离指根部的过渡圆角半径应大于3.5mm，以减少分离指根部的应力集中，长方孔又可用来安置销钉固定膜片弹簧14。4.2 膜片弹簧的弹性特性膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高 H 及弹簧的钢板厚 h 有关。不同的 H/h 值有不同的弹性特性。当(H/h)时，P 为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限2制。当(H/h)=，特性曲线上有一拐点，若(H/h)=1.5，则特性曲线中段平直，22即变形增加但载荷 P 几乎不变，故这种弹簧称零刚度弹簧。当H/h)2，则特22性曲线中有一段负刚度区域，即变形增加而载荷反而减小。这种特性很适于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用其负刚度区使分离离合器时载荷下降，达到操纵省力的目的。当然，负刚度也不宜过大，以免弹簧工作位置略微变动就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取 1.5(H/h)2，则特性曲线22具有更大的负刚度区且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构12。碟形弹簧当其大、小端部承受压力的时候，载荷 P 与变形久之间有如下式 4.1 的关系： (4.1) 2222)1 (hHHAREh式中：E弹性模量，对于钢：E=21 X 104MPa波桑比，钢材料取 =0. 3；黑龙江工程学院本科生毕业设计26h弹簧钢板厚度，mm；H碟簧的内截锥高，mm；R碟簧大端半径，mm；A系数，Ammm1ln6m碟簧大、小端半径之比，m=R/r。 (4.2) 111111RrRrRrPPRr经过整理式可得如下关系式： 32111132921644563P绘制出膜片弹簧的特性曲线，1P1 (4.3)1212121111111ln/26 1fEhR rRrRrPHHhRrRrRrrr以上的计算方式计算量比较大，容易出错，并且不容易找到极值点，图形不准确，不直观，可以使用 MATLAB 软件进行分析。假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷 P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为 x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：222)1121)(111() 11()/ln()1 (61) 1(1hrRrRxHrRrRxHrRrRbEhxxfP式中，E弹性模量，钢材料取 E=2.0Mpa；510 b泊松比，钢材料取 b=0.3； R自由状态下碟簧部分大端半径，mm； r自由状态下碟簧部分小端半径，mm； R1压盘加载点半径，mm； r1支承环加载点半径，mm； H自由状态下碟簧部分内截锥高度，mm；h膜片弹簧钢板厚度，mm。黑龙江工程学院本科生毕业设计27利用 Matlab 软件进行 P1x1 特性曲线的绘制，程序和图形如下：程序如下：x1=0:0.2:7;%x1 为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*105;%弹性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=93;%自由状态下碟簧部分大端半径(mm)r=75.58;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.0;%自由状态下碟簧部分内截锥高度（mm）h=2.5;%膜片弹簧钢板厚度（mm）R1=93;%压盘加载点半径（mm）r1=77;%支承环加载点半径（mm）P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-b2)*log(R/r)/(R1-r1)2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+h2);%以下用于绘图clf plot(x1,P1,-b);axis(0,7,0,8000);%设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形 x1/mm)ylabel(工作压力 P1/N)title(P1-x1 特性曲线)：确定膜片弹簧的工作点位置:可以利用 Matlab 软件寻找 P1x1 特性曲线中 M,N 的位置坐标，具体程序如下x1=0:0.2:7;%x1 为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*105;%弹性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=93;%自由状态下碟簧部分大端半径(mm)r=75.58;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.0;%自由状态下碟簧部分内截锥高度（mm）黑龙江工程学院本科生毕业设计28h=2.5;%膜片弹簧钢板厚度（mm）R1=93;%压盘加载点半径（mm）r1=77;%支承环加载点半径（mm）P1=(pi*E*h*x1/(6*(1-b2)*log(R/r)/(R1-r1)2).*(H-x1*(R-r)/(R1-r1).*(H-(x1/2)*(R-r)/(R1-r1)+h2);%以下用于绘图clf plot(x1,P1,-b);axis(0,7,0,8000);%设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形 x1/mm)ylabel(工作压力 P1/N)title(P1-x1 特性曲线)zoom outx,y=ginput(1)x = 2.2984y = 5.5556e+003x,y=ginput(1)x = 4.2823y = 5.0175e+003 则可知2.2984, 5.0175e+0.3NM1mmMP1114.9767,4.5195003NNmm PeN上述曲线的拐点 H 对应着膜片弹簧的压平位置，而且2/ )(111NMH则黑龙江工程学院本科生毕业设计292.2984+5.0175/2=3.6530H1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 M 之间，且靠近或在 H 点处，一般HB11)0 . 18 . 0(根据以上的程序可以得出膜片弹簧弹性特性曲线，见附录的内容。4.3 膜片弹簧的设计4.3.1 膜片弹簧的基本参数的选择（1）比值和 h 的选择hH为了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一般hH为 1.52.0，板厚 h 为 24mm故初选 h=2.5mm, =1.6 则 H=1.54h=4.0mm。hH（2）比值和 R、r 的选择由于摩擦片平均半径 Rc=D+d/4=200+140/4=85mm，对于推式膜片弹簧的 R 值，应满足关系 RRc=85mm.故取 R=93mm,再结合实际情况取 R/r=1.257,则 r=75.58mm。（3） 的选择arctanH/(R-r)=arctan4.0/(93-75.58)10.46，满足 915的范围。（4）分离指数目 n 的选取取为 n=18。（5）膜片弹簧小端内半径 及分离轴承作用半径的确定0rfr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。0r（6）切槽宽度 1、2 及半径er取 13.5mm, 2=10mm, 满足 r-=2,则 2 的要求13。er选取=3.5mm，=10mm；=64mm，其满足(r-)的要求。12erer24.4.5 支承圈平均半径和膜片弹簧与压盘的接触半径黑龙江工程学院本科生毕业设计34支承圈应略大于 r 且尽量接近 r；应略小于 R 且尽量接近于 R18。共 2 个。支1R撑圈起固定膜片弹簧的作用。平均半径与膜片弹簧与压盘的接触半径的取值将影1r1R响膜片弹簧的刚度。 图 4.6 支承环4.5 本章小结本章膜片弹簧进行了设计优化。使其可以更好的在该设计的离合器中工作，提高离合器的使用寿命及工作效率。膜片弹簧本身就兼起压紧弹簧和分离杠杆作用，是离合器上最重要的部件，将其设计做好可以是离合器的各项性能得到大提高。黑龙江工程学院本科生毕业设计35第 5 章 主动部分设计5.1 压盘设计 5.1.1 压盘参数的选择和校核压盘形状较复杂，要求传热性好、具有较高的摩擦系数及耐磨。故通常由灰铸铁HT200 铸成，金相组织呈珠光体结构，硬度 HB170227。另外可添加少量金属元素(如镍、铁、锰合金等)以增强其机械强度。压盘的外径可根据摩擦片的外径由结构确定。为了使每次接合的温升不致过高，压盘应具有足够大的质量以吸收热量；为了保证在受热情况下不致翘曲变形，压盘应具有足够大的刚度且一般都较厚(载货汽车的离合器压盘，其厚度一般不小于 15mm)。此外，压盘的结构设计还应注意其通风冷却要好，例如在压盘体内铸出导风槽。压盘的厚度初步确定后，应校核离合器一次接合的温升不应超过 810温升。 的校核公式为：=L/mc （5.1） 式中：传到压盘的热量所占的比率。对单片离合器，=0.5；m压盘的质量，kg；c压盘的比热容，铸铁的比热容为)；kgJ /(4 .481L滑磨功，J。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。压盘单件的平衡精度应不低于1520gcm3。 选择压盘厚度为 18.5mm，外径 200 径 140。代入公式进行校核计算，=6.451符合标准。设计完压盘的尺寸以及选择了压盘的加载点半径后，开始对压盘建模，首先利用Pro/E 软件拉伸一个依据数据草绘出的环形盘，压盘的外径 D=200mm,压盘的内径d=140mm,拉伸出需要的高度 18.5mm,然后再加载点半径处拉伸。拉伸出的高应该根据离合器盖的设计，根据装配要求应该拉伸 15mm,然后根据压盘与离合器盖的传力关系选择传动片传力，这样就要求在押盘上设计三个突耳，并在突耳上拉伸出螺纹孔，这样的设计就能够很好的让压盘与离合器盖达到良好的传力效果，并且简化了设计，黑龙江工程学院本科生毕业设计36效果如图 5.1 所示。图 5.1 压盘的设计过程图 5.2 为压盘的从动片设计三个突耳5.2 离合器盖设计一般采用厚 2. 55mm 的低碳钢钢板冲压制造。离合器盖的形状和尺寸由离合器的结构设计确定。在设计时要特别注意的是刚度、对中、通风散热等问题。离合器盖黑龙江工程学院本科生毕业设计37的刚度不够，会产生较大变形，这不仅会影响操纵系统的传动效率，还可能导致分离不彻底、引起摩擦片早期磨损，甚至使变速器换档困难。离合器盖内装有压盘、分离杠杆、压紧弹簧等，因此，其对于飞轮轴线的对中十分重要。对中方式可采用定位销或定位螺栓以及止口对中。为了加强通风散热和清除摩擦片的磨损粉末，在保证刚度的前提下，可在离合器盖上设置循环气流的入口和出口，甚至将盖设计成带有鼓风叶片的结构2 。 本设计离合器盖要求离合器盖内径大于离合器摩擦片外径，能将其他离合器上的部件包括其中即可。设置与压盘连接的螺栓孔和与压盘连接的螺栓孔，分别为三个。开始草绘离合器盖的外形图 5.3 离合器盖草绘图 然后分别拉伸出连接螺栓和铆钉的孔，然后阵列，连接螺栓的孔设计直径 D=12mm,用来和传力片的安装配合，挖出三个孔，铆钉孔的直径设计 d=6mm,铆钉的作用在这里并不是铆接两个零件，而是通过均布铆钉的周向定位作用限制支撑环的周向窜动，黑龙江工程学院本科生毕业设计38之后设计空心的凸台，这样方便压盘与离合器盖的安装，并且还其到了通风散热的效果，并且简化了设计要求。图 5.4 离合器盖支撑环用来固定膜片弹簧的轴向窜动，再膜片弹簧两端各安装一个支撑环。图5.5支承环的设计黑龙江工程学院本科生毕业设计395.3 传动片设计压盘与飞轮通过弹性传动片连接时，则传动片应进行拉伸应力的强度校核；若通过凸块一窗孔、传力销或键连接时，则应进行挤压应力的强度校核： RzFTe/maxj（5.2） 式中：考虑发动机转矩分配到压盘上的比例系数，单片离合器取；maxeT5 . 0力的作用半径，mm；R工作元件(例凸块一窗孔、传动销、键)的数目，这里取 3 组每组 3 片；z接触面积，mm2，这里取长为 42mm，宽为 12mm，所以 F=504mm2 。F计算得=8.22 符合标准。j图 5.6 传动片连接示意图图 5.7 传动片 Pro/E 建模 黑龙江工程学院本科生毕业设计405.4 离合器分离套筒和分离轴承的设计 分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。本设计的是膜片弹簧离合器，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，其结构示意图见图 5.83，可以弥补因几何上偏移造成的强烈振动。自位分离轴承和分离套筒通过碟形弹簧装配在一起成为一体，碟形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。图中间隙 A 所允许的调节量为 1.42.4mm。这种轴承的内外圈可由 80Cr2 轴承钢冲制加工而成，外密封环用 0.5mm 厚板材冲制,表面有硫化氟橡胶,其密封刃口朝向轴承内座圈来密封.轴承中分布了 15 个钢球。分离套筒装在变速器第一轴承盖的轴颈上，两者之间为间隙配合，可以在自由移动，而分离轴承内圈与分离套筒座相配合处径向有 0.5mm 的间隙.在离合器处于结合状态时,分离轴承的端面与分离杠杆之间应留有 34mm 间隙，以备在摩擦片磨损的情况下，不致防碍压盘继续压紧从动盘总成，以保证可靠地传递发动机转矩。这个间隙反映为踏板上的一段自由行程。 1.分离轴承罩；2.分离轴承；3.分离套筒；4.波形弹簧片图 5.8 自动调心轴承在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径 29，内径 23）因而根据有关结构尺寸数据可初选一系列有关分离轴承和分离套筒及轴颈之间的配合尺寸，如表黑龙江工程学院本科生毕业设计415.1。表 5.1 分离轴承分离套筒及轴颈间的配合尺寸分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。分离套筒的有关结构见装配图。分离轴承在选择时，充分考虑了要有足够的使用年限，因此在此不必再校核强度。5.5 本章小结本章对离合器主动件进行了设计、计算、选择及校核。主动件包括离合器盖、压盘等。这些部件都是给离合器传递扭矩的部件，他们共同的特点是都要有良好的散热能力，能有效把在主动部分的热传递出去的能力。这些部件总成都是符合标准的部件，经过严格的校核计算，可以符合使用的标准，满足使用的需要。分离轴承内径分离套筒外径分离套筒内径第一轴轴承盖轴颈外径5508. 005. 05505. 02929075. 015. 0黑龙江工程学院本科生毕业设计42结 论本设计分析了本设计所要采用的的膜片弹簧离合器，阐述了膜片弹簧离合器的原理和组成，及其特性。通过详细的推导过程积累了大量的数据，并利用CAD、PRO/E、MATLAB 等计算机软件对设计的数据进行了分析绘制以及检查，成功的绘制出了膜片弹簧离合器的成品图。本文主要叙述了离合器的发展现状及其工作原理，Pro/E、CAD 等软件在设计中的重要应用。在此过程中，经过对比分析，初步确定了合适的离合器结构形式，选取了推式膜片弹簧离合器，并且带有扭转减振器，为后面的计算提供了理论基础。在计算中，首先由发动机最大转矩与最大载重质量确定摩擦片外径尺寸，然后根据该尺寸对其他部件总成进行了计算和设计。通过计算校核摩擦片外径尺寸，计算选择出其他部件的外形尺寸，再对其进行校核，确定是否能达到设计要求。设计包括对从动盘总成的设计校核，对压盘的设计校核，对离合器盖的设计校核及离合器盖的设计校核和优化。具体设计计算了摩擦片、从动片、扭转减振器、从动盘榖、膜片弹簧、压盘、离合器盖、传动片等多个部件总成。这次的设计，对原有离合器的设计提出优化和修改的部分，包括利用 MATLAB 软件精确的建立了膜片弹簧的弹性特性曲线，精确的设计了膜片弹簧并且提高了分离机构设计的精确度对其以后的设计过程起参考作用。通过这次设计达到了优化改进原有离合器，提高该型汽车使用性，舒适性，并提高了汽车的工作效率的目的。黑龙江工程学院本科生毕业设计43参考文献1臧杰,阎岩.汽车构造M.机械工业出版社,2005,8.2王望予主编.汽车设计M.机械工业出版社,2004,8. 3徐石安，江发潮.汽车离合器M.清华大学出版社,2005,2.4刘惟信主编.汽车设计M.清华大学出版社,2001,7.5林世裕主编.膜片弹簧与碟形弹簧离合器的设计与制造M.东北大学,2005.6汽车标准汇编(20002004) M.中国汽车技术研究中心标准研究所,2005.7阎春利,张希栋.汽车离合器膜片弹簧的优化设计J. 林业机械与木工设备,2006,3.8廖林清,曹建国.汽车离合器膜片弹簧的三次设计J.四川兵工学报,2001,2.9司传胜.汽车膜片弹簧离合器的优化设计J. 林业机械与木工设备,2004,12. 10李林,刘惟信. 汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.清华大学学报,2000,5.11林明芳等. 汽车离合器膜片弹簧的优化设计J.汽车工程,2003,2.12刘红欣.膜片弹簧应力分布的试验和有限元分析J.力学与实践，2003，3.13张卫波.汽车膜片弹簧离合器智能优化设计技术研究J.中国工程机械学报,2007,1.14肖文颖,许海华.离合器膜片弹簧的优化设计J.公路与汽运,2007,4.15程汉应.汽车离合器摩擦片数量选择及其参数优化设计J.汽车工程,2001,7.16浦定真.膜片弹簧离合器的设计与研究J.汽车技术,2006,6.17赵波,赵晓昱.汽车离合器的相关参数优化与分析J.拖拉机与农业运输车,2007,2.18LiuWeixin,GePing,LiWei.OptimalDesignTorsionalDampersinAutomobileClutch.ProceeDingsoftheInternationalConferenceonCADofMachinery.2001.黑龙江工程学院本科生毕业设计4419Ahern,Kathy,Manathung,Catherine.Clutch-StaringStalleDResearchStuDets.InnovativeHigherEDucation.2004.黑龙江工程学院本科生毕业设计45致 谢本设计是在导师臧杰老师的悉心指导下完成的。不仅使我掌握了基本的研究方法，而且指正了许多我学习和生活中的许多不足之处，在我的毕业设计过程中的每次坎坷中老师都会以她那渊博的专业知识，实事求是的工作态度指引着我，老师那朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远，让我按部就班的完成每一步的毕业设计。本设计从最初的方案选取到完成，每一步都是在老师的指导下完成的，倾注了老师大量的心血。没有老师的悉心指导，就没有今天的成绩。在此，谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢。本设计的顺利完成，也离不开许多同学的大力支持。在此感谢董如银借我使用电脑并且指导我的 Pro/E 在装配中遇到的问题，房云龙、耿欣钟、孟祥福、兰光明、胡凯耀的支持和协作。没有他们的帮助是无法完成设计的，同窗之间的友谊长存。对在一直给我鼓励的王雪飞、赵辉、张毅、孙纯表示真诚的感谢。感谢他们曾经为我在毕业设计过程中的支持和鼓励。在此也对一直关心、支持我在毕业设计中的的各位领导、老师、同学表示感谢，感谢你们对我的关注与支持，我的每一点进步，都源自你们的帮助，再次致谢。黑龙江工程学院本科生毕业设计46附附 录录附录附录 A 英文文献与中文参考译文英文文献与中文参考译文by Karim Nice and Charles W. BryantHow Clutches WorkIf you drive a manual transmission car, you may be surprised to find out that it has more than one clutch. And it turns out that folks with automatic transmission cars have clutches, too. In fact, there are clutches in many things you probably see or use every day: Many cordless drills have a clutch, chain saws have a centrifugal clutch and even some yo-yos have a clutch.Clutch Image GalleryDiagram of car showing clutch location. See more clutch images.In this article, youll learn why you need a clutch, how the clutch in your car works and find out some interesting, and perhaps surprising, places where clutches can be found. Clutches are useful in devices that have two rotating shafts. In these devices, one of the shafts is typically driven by a motor or pulley, and the other shaft drives another device. In a drill, for instance, one shaft is driven by a motor and the other drives a drill chuck. The 黑龙江工程学院本科生毕业设计47clutch connects the two shafts so that they can either be locked together and spin at the same speed, or be decoupled and spin at different speeds. In a car, you need a clutch because the engine spins all the time, but the cars wheels do not. In order for a car to stop without killing the engine, the wheels need to be disconnected from the engine somehow. The clutch allows us to smoothly engage a spinning engine to a non-spinning transmission by controlling the slippage between them. To understand how a clutch works, it helps to know a little bit about friction, which is a measure of how hard it is to slide one object over another. Friction is caused by the peaks and valleys that are part of every surface - even very smooth surfaces still have microscopic peaks and valleys. The larger these peaks and valleys are, the harder it is to slide the object. You can learn more about friction in How Brakes Work. A clutch works because of friction between a clutch plate and a flywheel. Well look at how these parts work together in the next section. Fly Wheels, Clutch Plates and FrictionIn a cars clutch, a flywheel connects to the engine, and a clutch plate connects to the transmission. You can see what this looks like in the figure below.When your foot is off the pedal, the springs push the pressure plate against the clutch disc, which in turn presses against the flywheel. This locks the engine to the transmission input shaft, causing them to spin at the same speed. 黑龙江工程学院本科生毕业设计48Photo courtesy Carolina MustangPressure plateThe amount of force the clutch can hold depends on the friction between the clutch plate and the flywheel, and how much force the spring puts on the pressure plate. The friction force in the clutch works just like the blocks described in the friction section of How Brakes Work, except that the spring presses on the clutch plate instead of weight pressing the block into the ground. When the clutch pedal is pressed, a cable or hydraulic piston pushes on the release fork, which presses the throw-out bearing against the middle of the diaphragm spring. As the middle of the diaphragm spring is pushed in, a series of pins near the outside of the spring causes the spring to pull the pressure plate away from the clutch disc (see below). This releases the clutch from the spinning engine.黑龙江工程学院本科生毕业设计49Photo courtesy Carolina MustangClutch plateCommon ProblemsFrom the 1950s to the 1970s, you could count on getting between 50,000 and 70,000 miles from your cars clutch. Clutches can now last for more than 80,000 miles if you use them gently and maintain them well. If not cared for, clutches can start to break down at 35,000 miles. Trucks that are consistently overloaded or that frequently tow heavy loads can also have problems with relatively new clutches.The most common problem with clutches is that the friction material on the disc wears out. The friction material on a clutch disc is very similar to the friction material on the pads of a disc brake or the shoes of a drum brake - after a while, it wears away. When most or all of the friction material is gone, the clutch will start to slip, and eventually it wont transmit any power from the engine to the wheels.The clutch only wears while the clutch disc and the flywheel are spinning at different speeds. When they are locked together, the friction material is held tightly against the flywheel, and they spin in sync. Its only when the clutch disc is slipping against the flywheel that wearing occurs. So, if you are the type of driver who slips the clutch a lot, youll wear out your clutch a lot faster.Sometimes the problem is not with slipping, but with sticking. If your clutch wont release properly, it will continue to turn the input shaft. This can cause grinding, or completely prevent your car from going into gear. Some common reasons a clutch may stick are:Broken or stretched clutch cable - The cable needs the right amount of tension to push and pull effectively. Leaky or defective slave and/or master clutch cylinders - Leaks keep the cylinders from building the necessary amount of pressure. Air in the hydraulic line - Air affects the hydraulics by taking up space the fluid needs to build pressure. Misadjusted linkage - When your foot hits the pedal, the linkage transmits the wrong amount of force. Mismatched clutch components - Not all aftermarket parts work with your clutch. A hard clutch is also a common problem. All clutches require some amount of force to depress fully. If 黑龙江工程学院本科生毕业设计50you have to press hard on the pedal, there may be something wrong. Sticking or binding in the pedal linkage, cable, cross shaft, or pivot ball are common causes. Sometimes a blockage or worn seals in the hydraulic system can also cause a hard clutch.Another problem associated with clutches is a worn throw-out bearing, sometimes called a clutch release bearing. This bearing applies force to the fingers of the spinning pressure plate to release the clutch. If you hear a rumbling sound when the clutch engages, you might have a problem with the throw-out.Clutch Diagnostic TestIf you find that your clutch has failed, here is an at-home diagnostic test that anyone can perform:Start your car, set the parking break, and put the car in neutral. With your car idling, listen for a growling noise without pushing the clutch in. If you hear something, its most likely a problem with the transmission. If you dont hear a noise, proceed to step three. With the car still in neutral, begin to push the clutch and listen for noise. If you hear a chirping noise as you press, its most likely the clutch release, or throw-out bearing. If you dont hear a noise, proceed to step four. Push the clutch all the way to the floor. If you hear a squealing noise, its probably the pilot bearing or bushing. If you dont hear any noise during these four steps, then your problem is probably not the clutch. If you hear the noise at idle and it goes away when the clutch is pressed, it may be an issue in the contact point between the fork and pivot ball.Types of ClutchesThere are many other types of clutches in your car and in your garage.An automatic transmission contains several clutches. These clutches engage and disengage various sets of planetary gears. Each clutch is put into motion using pressurized hydraulic fluid. When the pressure drops, springs cause the clutch to release. Evenly spaced ridges, called splines, line the inside and outside of the clutch to lock into the gears and the clutch housing. You can read more about these clutches in How Automatic Transmissions Work.An air conditioning compressor in a car has an electromagnetic clutch. This allows the compressor to shut off even while the engine is running. When current flows through a magnetic coil in the clutch, the clutch engages. As soon as the current stops, such as when you turn off your air conditioning, the clutch disengages.Most cars that have an engine-driven cooling fan have a thermostatically controlled viscous clutch - the temperature of the fluid actually drives the clutch. This clutch is positioned at the hub of the fan, in the airflow coming through the radiator. This type of clutch is a lot like the viscous coupling sometimes found in all-wheel drive cars. The fluid in the clutch gets thicker as it heats up, causing the fan to spin 黑龙江工程学院本科生毕业设计51faster to catch up with the engine rotation. When the car is cold, the fluid in the clutch remains cold and the fan spins slowly, allowing the engine to quickly warm up to its proper operating temperature.Many cars have limited slip differentials or viscous couplings, both of which use clutches to help increase traction. When your car turns, one wheel spins faster than the other, which makes the car hard to handle. The slip differential makes up for that with the help of its clutch. When one wheel spins faster than the others, the clutch engages to slow it down and match the other three. Driving over puddles of water or patches of ice can also spin your wheels. You can learn more about differentials and viscous couplings in How Differentials Work.Gas-powered chain saws and weed eaters have centrifugal clutches, so that the chains or strings can stop spinning without you having to turn off the engine. These clutches work automatically through the use of centrifugal force. The input is connected to the engine crankshaft. The output can drive a chain, belt or shaft. As the rotations per minute increase, weighted arms swing out and force the clutch to engage. Centrifugal clutches are also often found in lawn mowers, go-karts, mopeds and mini-bikes. Even some yo-yos are manufactured with centrifugal clutches.Car air conditioning compressor with magnetic clutchClutches are valuable and necessary to a number of applications. For more information on clutches and related topics, check out the links on the following page. 黑龙江工程学院本科生毕业设计52离合器工作原理离合器工作原理如果您驾驶手动变速箱的汽车，您可能会惊讶地发现，它有一个以上的离合器。事实证明，与自动变速器汽车离合器相比，有许多种类离合器在你可能看到或每天使用：许多无绳演习有离合器，链锯有离心离合器，甚至一些部件也有一个离合器。Diagram of car showing clutch location. See more clutch images.在本文中，您会了解为什么你需要一个离合器，在您的汽车离合器工程和一些有趣的发现，也许不足为奇。 离合器是有用的设备，有两个旋转轴。在这些设备中，其中一个轴通常是驱动马达或滑轮，其他轴驱动其他设备。例如，一轴驱动电机和其他驱动钻夹头。离合器连接从动盘和压盘，以便它们可以被贴在一起，旋转同样的速度，或脱钩，并以不同的速度旋转。在汽车中，您需要一个离合器，因为发动机的转速所有的时间中，但并不是所有的时间都传递动力。为了让汽车停止传递动力不造成发动机过载，车轮需要断开发动机传递动力。离合器使我们能够顺利地进行旋转发动机的非线性传递，通过控制离合器压盘与摩擦片之间的滑动。了解离合器的特点，它有助于了解一点摩擦片，这是衡量离合器的标准。摩擦所造成的传力高峰和低谷的每一部分，每一个平面-甚至是非常平滑的表面仍然有微小的高峰和低谷。这些较大的高峰和低谷，就是摩擦片研究的对象。您可以了解更多关于离合器如何摩擦工作。 黑龙江工程学院本科生毕业设计53 离合器的工作，产生于摩擦离合器压盘和飞轮。我们将探讨如何共同工作，这些零件将在下面介绍。飞轮，离合器片和摩擦在汽车的离合器，一个飞轮连接到发动机，离合器踏板连接传输。当你的脚离开踏板，弹簧推动压力板对离合器盘，而这反过来压力又回位。这种转速控制包括发动机，变速器输入轴，使他们自旋同样的速度。压盘离合器传递的动力取决于摩擦离合器盘和飞轮，有多少转矩通过飞轮压盘传递给膜片弹簧。摩擦
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