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毕业设计(论文)中期报告题目：180 马力履带推土机的主离合器设计1设计（论文）进展状况本设计已经完成以下内容：（1）对于在开题答辩中，老师对我的开题报告中提出的相关问题，进行了修改，并通过了老师的检查，完成了开题报告的内容和格式。（2）根据结构布置的相关规定、规范和原则，完成了机械结构和传动部件的方案布置，完成了总装配图的设计如图 1。图 1 履带推土机的主离合器装配图对于推土机的主离合器要求能可靠地传递发动机的最大扭矩，分离彻底，结合平顺，从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速箱齿轮间的冲击，冷却散热良好，操纵轻便。此外，主离合器应力求结构简单，维修方便，使用寿命长。工作原理：摩擦离合器是依靠摩擦原理传递发动机动力。当从动盘与飞轮直接有间隙时，飞轮不能带动从动盘旋转，离合器处于分离状态。当压紧力将从动盘压向飞轮后，飞轮表面对从动盘表面的摩擦力带动从动盘旋转，离合器处于接合状态。（3）研究离合器的设计形成，并确定关键零件的相关尺寸。1）离合器的摩擦力矩与发动机的额定扭矩的比值为储备系数，=2.5。2）离合器从动盘为 3 个，主动盘为 2 个，摩擦面所需工作压力 2290kgf。3）摩擦片的外半径为 187.5mm，内半径为 140mm。（4）收集离合器相关文献资料，并完成了外文文献的翻译工作。2存在问题及解决措施注：1）正文：宋体小四号字，行距 20 磅，单面打印；其他格式要求与毕业论文相同。存在问题：（1）本设计中涉及到许多非标准件的选用，虽然以前接触过，但在综合考虑结构和经济等方面还有所欠缺。（2）在 cad 制图方面不能熟练地的按照计算数据画出相关零件图。解决措施：（1）认真参考文献资料，查阅相关书籍，同时积极向老师和同学请教；（2）加强 cad 绘图的操作练习，完善相关计算并在图中改进，使得设计更加准确。3后期工作安排第 8-10 周：对离合器的零件进行优化改进，改进中期设计中存在的缺点。对离合器其他零件进行准确计算并确定其尺寸大小。第 11 周：完成离合器总体设计。第 12-13 周：完成装配图及零件图。第 14-15 周：撰写毕业论文，准备毕业答辩。指导教师签字：年 月 日2）中期报告由各系集中归档保存，不装订入册。毕业设计(论文)开题报告题目：180 马力履带推土机的主离合器设计1 毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景、研究意义推土机是一种利用推土板对土壤、煤和石块等物料进行切削和推运的铲土运输机械，推土板装在专用底盘上或拖拉机底盘的前端，靠牵引力工作。它广泛用于矿山、水利、和道路建设等工程 1。它适于在 15 度至 20 度坡地上横坡运行,对地形适应性强，经济运距为 20 至 30 米,超过 50 米时生产率显著下降。具有结构简单、用途广泛、机动性好、适应性强等优点 2。我国履带推土机生产开始于五十年代末期,现已生产二十余种机型。国内研究、设计和生产的履带推土机可分为农用和工程用两大类,凡属农用拖拉机配套的称为农用推土机,用专用拖拉机或牵引车配套的称为工程用推土机。主离合器是履带推土机(以下简称推土机)机械传动系中的主要部件之一,它的使用性能优劣直接影响主机的技术经济效益。国内外学者围绕汽车离合器进行了不少的研究工作,但工程机械特别是履带推土机与汽车的工作介质和工作过程都有很大差别。推土机主离合器的接合过程有以下特征:(l)接合、分离频繁;(2)在满负荷条件下接合;(3)接合过程伴随着外负荷的剧烈变化。这些特征正是主离合器最易产生过热,从而引起摩擦副翘曲、裂纹、烧伤、磨损而加快破坏的主要原因。因此,进行推土机主离合器(以下称离合器)的研究,进一步改善其性能是必要的 3。1.2 国内外相关研究情况1.2.1 国外履带推土机的研究现状美国卡特彼勒公司、日本小松公司和德国利勃海尔公司 3 家推土机制造企业，代表了当今世界上履带式推土机的最高水平，3 家国际知名公司经过近百年的发展，已成为国际推土机行业发展的绝对领军者。美国卡特彼勒公司是全球最大的工程机械制造商，最大的推土机制造商，全球市场占有率稳居第一！其先进的机械、电子、液压控制技术一直处于全球领先地位，其电子监控技术、GPS 系统、铲刀自动定位系统亦是全球领先技术。日本小松公司也是全球最大的推土机制造商之一，全球市场占有率排在卡特彼勒之后，位居第二。经过多年的努力，小松公司采用国际通用标准，凭借全球领先的液压技术，不断优化产品性能，使得其产品性能稳定，营销和售后完善，全球最大的推土机亦诞生于小松公司。德国利勃海尔公司以其最先进的液压技术始终占据欧洲推土机销量统治地位，其推土机全部采用静液压驱动，其静液传动推土机技术全球第一 4。以上述 3 大公司为代表的国际产品，在大型推土机上广泛采用故障自动检测系统；在操纵系统中，手柄的设计更加符合人机工程学原理；操纵已经完全采用液压先导控制或电液控制；在驾驶室的内饰上趋向铸塑成型的方式，使驾驶室内部更加美观舒适，普遍采用了吸音降噪材料；在功率较小的推土机上则多采用多向铲结构的工作装置。同时为了精确作业，普遍应用全球定位与激光找平系统；在外型设计上趋于流线结构，已逐渐脱离工程机械的粗糙、笨重的印象。近年来，国外先进推土机产品以电子信息技术为先导，采用微电脑控制的智能化电子监测系统及故障诊断系统，并综合应用基于 GPS/GIS、激光自动调平、超声波自动调平的精密推土技术、静液压传动技术、差速转向技术、CAN 总线技术、发动机电控技术以及计算机故障诊断系统、人机工程学等一系列新技术，极大地提升了推土机的整体技术水平，推动推土机朝着智能化方向发展。1.2.2 国内履带推土机研究与应用现状国内推土机发展已有近 50 年的历史，由于制造成本较低、售价低，在国内市场上占据统治地位。近年来,随着建筑工程施工和露天矿开采规模的扩大,土方工程量的增加使履带式推土机得到迅速发展。其作业性能、可靠性、维修性、安全性及燃料经济性有了明显的提高,微电子技术正在向推土机渗透,向机电一体化方向发展 5。河北宣工是国内最早生产大马力推土机的制造商之一，上世纪 70 年代第一台100 马力以上大马力推土机诞生于河北宣工。特别是上世纪 80 年代引进美国卡特公司 D6D 推土机制造技术后，其机械传动的推土机的传动系制造技术、液压系统制造技术、操纵与控制系统的技术有了质的提高，极大地缩小了与国外先进企业的技术差距。上世纪 90 年代，宣工引进了卡特公司 D7H 高驱动推土机技术，同时引进了日本的镗铣加工中心、五面体加工中心、意大利的三座标测量仪等先进的加工及热处理设备，为宣工的全面发展和产品质量的不断提高奠定了坚实的基础。经过十多年的不断探索，其先进的高驱动系列推土机已明显领先于国内同行业。经过近 30 年的努力，其产品制造技术已比较成熟，占据国内推土机销量的一半以上 6。国内推土机行业经过近 40 年的发展，已逐浙形成了自己独特的产业特点，虽技术不落后，但性能相对落后，售价低，全世界的技术特点和机型都能找到，普通型、高驱动型、静液传动型的推土机全有。随着电子技术和静液压技术应用于工程机械领域，使其发生了巨大变化，在推土机上采用微电脑控制的智能化电子监测系统及故障诊断系统、GPS/GIS 系、CAN 总线、静液压传动已成为未来推土机发展的方向 7。2 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 主要内容（1）了解推土机的主离合器的性能要求； （2）了解推土机的主离合器的工作原理，进行结构设计和计算分析； （3）设计指标：摩擦面所需工作压力 2290kgf，从动片 3 片，主动片 4 片； （4）应用 CAD 系统对系统零件和装配的设计。2.2 拟采用的研究方案、研究方法2.2.1 离合器的基本要求（1）接合平稳，分离彻底，动作准确可靠；（2）质量轻，外形小，惯性小，结构简单，工作安全；（3）操作方便，省力，散热性好，寿命长。2.2.2 离合器设计方案选择（1）离合器设计方案对比方案一：圆盘摩擦离合器（如图 1）图 1 圆盘摩擦离合器1.主轴；2.壳体；3.输出轴；4.压簧；5.主动盘；6.从动盘；7.壳体；8.分离杠杆；9.压板 原理：摩擦件为圆盘，分单盘和多盘两种，并有干式和湿式之分。单盘式结构简单，只有一对摩擦面，从动部分惯量很小，散热性好，调整方便，分离彻底，但所能传递的扭矩小，一般不超过 1000 牛/米。多盘式有多对摩擦面，传递的扭矩可达 8106 牛/米。如要求传递大扭矩，可增加摩擦面对数，而不必增大离合器的径向尺寸和轴向压紧力，这有利于降低离合器的转动惯量。多盘式结构紧凑，可采用不同材料的摩擦面，便于制造、安装和调整，允许在变速下接合，应用广泛；但摩擦面对数过多会影响离合灵活性，甚至卸去压紧力后，主、从摩擦件仍不能彻底脱开，造成摩擦面的过量磨损。通常干式摩擦面应少于 15 对，湿式应少于 30 对。湿式摩擦离合器的摩擦件浸在油中工作，常为多盘式，比干式磨损小，散热好，温升低，寿命长，所能传递的扭矩大。方案二：圆锥摩擦离合器（如图 2） 8图 2 圆锥摩擦离合器原理：摩擦件为截锥体，分单锥和双锥两种。这种离合器结构简单，接合平稳，分离彻底；能产生较大的摩擦力，摩擦面磨损后一般不需人工调整，由于单锥式只有一对圆锥摩擦面，双锥式也只有两对摩擦面，如要传递大扭矩必须增大锥体的径向尺寸。减小锥角可增加摩擦力，但内外锥面不易分离。通常，摩擦面材料为金属-金属时，锥顶半角应不小于 7；为皮革-金属时，应不小于 12。（2）离合器设计方案确定由于推土机的行驶路况比较恶略，使得离合器在离合过程中负荷较大，决定选定多片湿式圆盘离合器，提高离合器的传扭能力 9。湿式离合器的优点在于内金属摩擦面之间直接接触的情况很少(理想情况下应完全不接触),摩擦面之间很少产生摩擦,因而具有耐久的优点 10。1)压紧弹簧选用膜片弹簧由于膜片弹簧有理想的非线性特征，弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变 11；在产生同样压力的情况下比用螺旋弹簧的压紧尺寸小，即可以缩短离合器的轴向尺寸 12；高速回转时，压紧力不降低，不平衡度小 13。2)采用拉式结构拉式膜片弹簧有以下优点: 取消了中间的支承零件，使结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小 14; 以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增加踏板力 15。3 本课题研究的重点及难点，前期已开展工作本课题的重点和难点：研究离合器各部件的工作原理以及后期的装配图绘制，完成各部件的设计内容及其装配图。前期已开展的工作：查阅各种学术文献，期刊杂志，科技报纸等资料深入了解本课题内容以及离合器各部件的具体工作状况，分析部件的工作原理。4 完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）（1）13 周：调研并收集资料，完成基础知识的积累并撰写开题报告；（2）46 周：确定设计方案和整体结构特点；（3）711 周：完成结构设计计算，图纸绘制，并准备中期答辩；（4）1215 周：撰写毕业论文，论文修改，准备毕业答辩。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日参考文献1 乔晓军，李爱峰.浅析国内推土机产业的发展趋势J. 机械管理开发， 2011，(4):95-96.2 李龙城.国内外推土机发展动向J. 农业机械，1999，(8):1-8.3 李英.履带推土机主离合器接合过程的研究J. 工程机械， 1996(4):19-21.4 蔡应强，陈清林.国内外推土机的发展现状及趋势J. 机床与液压， 2013，(4):133-136.5 赵昱东.履带式推土机发展现状和趋势J. 建筑机械化， 1995，(5):12-14. 6 周之胜.推土机行业技术发展与现状J. 建筑机械化，2005 ，(10):38-39.7 邵德君.智能化推土机的发展现状和趋势J. 工业技术， 2011，(2):199-200.8 李久武，吉晓界.锥盘摩擦离合器性能优化设计及试验 J.机械传动，2012，(4):102-105.9 安忠文.工程车离合器用摩擦片的研究开发J. 摩擦密封材料， 2006，(3):6-9.10 何成宏，杨淳朴.摩擦离合器的种类和性能J. 金属材料， 1974，(9):63-66. 11 崔以刚.离合器结构的选择J. 考试周刊，2011，(21):204.12 李明诚.膜片弹簧离合器的特点及其使用J. 农业机械， 1999，(6):20.13 杨小辉，徐颖强.膜片弹簧离合器分离特性的分析与计算J.邢台职业技术学院学报，2009，(2):61-65.14 樊笑宇.浅谈离合器的设计J. 黑龙江交通科技，2011 ，(6):194.15 郝琪，过学迅.车用离合器的发展分析及应用研究J.汽车研究与开发，2001，(4):25-26.16 T. D. WILLIAMS. Determination of clutch-size in the Kentish Plover Charadrius alexandrinusJ. Article first published online，2008，(4):36-40.17 J. B. Nelson.Factors influencing clutch-sizeJ. Article first published online，2008，(4):43-46.18 Shaver R .Manual of Transmission Clutch Systems AE17J. SAE， 1997，(6):63-66. 本科毕业设计（论文）题目：180 马力履带推土机的主离合器设计- -180 马力履带推土机的主离合器设计摘 要汽车离合器通常装在发动机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和中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中型车辆膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。本设计主要针对 180 马力履带推土机的主离合器设计计算。关键词:离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片- I -Main Clutch Design 180 hp Crawler BulldozerAbstractAutomobile 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 the process of moving vehicle，the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint， to cut off the engine or transmission to the transmission input power.Its function as:（1）the car a smooth start；（2）to interrupt the transmission of power to meet the shift；（3）to prevent transmission of the overload.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.Key Words: Clutch; Theca Spring; Driven Plate; Friction Disc- II -主要符号表D 钻头直径i 长径比l 钻头长度j 断面比：d 钻尾直径：B 齿轮宽度Pmax 车轮最大轮压Vn 推进速度P 功率n 转速T 转矩K 载荷系数M 扭矩 不均匀系数 工作段圆弧中心角R 曲率半径Wz 抗弯截面模量Pc 车轮强度- -目 录1 概 述 .11.1 国内外相关研究情况 .21.1.1 国外履带推土机的研究现状 .21.1.2 国内履带推土机研究与应用现状 .21.2 膜片弹簧离合器 .32 离合器结构方案选取 .52.1 给定参数和结构设计要求 .52.2 结构设计 .52.2.1 离合器设计方案对比 .52.2.2 离合器设计方案确定 .62.2.3 从动盘、主动盘数确定 .72.2.4 压紧弹簧的结构形式及布置 .72.2.5 压盘的驱动方式 .82.2.6 分离轴承的类型 .92.2.7 离合器的通风散热措施 .103 离合器基本结构参数的确定 .113.1 后备系数的选择 .113.2 摩擦片外径及其它尺寸的确定 .114 离合器从动盘设计 .134.1 从动盘结构简要介绍 .134.2 从动盘设计 .134.2.1 从动片的选择和设计 .134.2.2 从动盘毂设计 .144.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式 .155 压盘的设计 .175.1 压盘传力方式的选择 .175.2 压盘的几何尺寸的确定 .175.3 压盘和传动片的材料选择 .185.4 离合器盖的设计 .186 膜片弹簧设计 .206.1 膜片弹簧的概念 .20- I -6.2 膜片弹簧的弹性特性 .206.3 膜片弹簧基本参数的选择 .226.3.1 比值 H/h 和 h 的选择 .226.3.2 R 及 R/r 确定 .226.3.3 膜片弹簧起始圆锥底角 .226.3.4 膜片弹簧小端半径及分离轴承的作用半径 .226.3.5 分离指数目，切槽宽，窗孔槽宽，及半径 .226.3.6 承环的作用半径，膜片与压盘接触半径 .226.3.7 膜片弹簧材料 .237 离合器操纵机构设计 .247.1 对离合器操纵机构的要求 .247.2 操纵机构结构形式的选择 .247.3 离合器操纵机构的设计计算 .24结 论 .26参考文献 .27致 谢 .28- 0 -1 概 述履带推土机（以下简称推土机）是重要的农业机械车辆，是科学技术发展水平的标志。随着现代生活的节奏越来越快，人们对农业机械车辆的要求也越来越高。推土机作为最普通的农用车辆，在日常的农业生活和工作中起了重要的作用。因此，农业机械的规模以及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。推土机是一种利用推土板对土壤、煤和石块等物料进行切削和推运的铲土运输机械，推土板装在专用底盘上或拖拉机底盘的前端，靠牵引力工作。它广泛用于矿山、水利、和道路建设等工程 1。它适于在 15 度至 20 度坡地上横坡运行，对地形适应性强，经济运距为 20 至 30 米，超过 50 米时生产率显著下降。具有结构简单、用途广泛、机动性好、适应性强等优点 2。我国履带推土机生产开始于五十年代末期，现已生产二十余种机型。国内研究、设计和生产的履带推土机可分为农用和工程用两大类，凡属农用拖拉机配套的称为农用推土机，用专用拖拉机或牵引车配套的称为工程用推土机。对于推土机来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度适中、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应推土机可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在推土机上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应推土机行驶的需要。现代推土机上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。离合器是推土机机械传动系统中的主要部件之一：它的使用性能优劣直接影响主机的技术经济效益。国内外学者围绕汽车离合器进行了不少的研究工作：但工程机械特别是推土机与汽车的工作介质和工作过程都有很大差别。推土机离合器的接合过程有以下特征：（1） 接合、分离频繁；（2） 在满负荷条件下接合；（3） 接合过程伴随着外负荷的剧烈变化。这些特征正是离合器最易产生过热，从而引起摩擦副翘曲、裂纹、烧伤、磨损而加快破坏的主要原因。因此，进行推土机主离合器的研究，进一步改善其性能是必要的 3。- 1 -1.1 国内外相关研究情况1.1.1 国外履带推土机的研究现状美国卡特彼勒公司、日本小松公司和德国利勃海尔公司 3 家推土机制造企业，代表了当今世界上履带式推土机的最高水平，3 家国际知名公司经过近百年的发展，已成为国际推土机行业发展的绝对领军者。美国卡特彼勒公司是全球最大的工程机械制造商，最大的推土机制造商，全球市场占有率稳居第一！其先进的机械、电子、液压控制技术一直处于全球领先地位，其电子监控技术、GPS 系统、铲刀自动定位系统亦是全球领先技术。日本小松公司也是全球最大的推土机制造商之一，全球市场占有率排在卡特彼勒之后，位居第二。经过多年的努力，小松公司采用国际通用标准，凭借全球领先的液压技术，不断优化产品性能，使得其产品性能稳定，营销和售后完善，全球最大的推土机亦诞生于小松公司。德国利勃海尔公司以其最先进的液压技术始终占据欧洲推土机销量统治地位，其推土机全部采用静液压驱动，其静液传动推土机技术全球第一 4。以上述 3 大公司为代表的国际产品，在大型推土机上广泛采用故障自动检测系统；在操纵系统中，手柄的设计更加符合人机工程学原理；操纵已经完全采用液压先导控制或电液控制；在驾驶室的内饰上趋向铸塑成型的方式，使驾驶室内部更加美观舒适，普遍采用了吸音降噪材料；在功率较小的推土机上则多采用多向铲结构的工作装置。同时为了精确作业，普遍应用全球定位与激光找平系统；在外型设计上趋于流线结构，已逐渐脱离工程机械的粗糙、笨重的印象。近年来，国外先进推土机产品以电子信息技术为先导，采用微电脑控制的智能化电子监测系统及故障诊断系统，并综合应用基于 GPS/GIS、激光自动调平、超声波自动调平的精密推土技术、静液压传动技术、差速转向技术、CAN总线技术、发动机电控技术以及计算机故障诊断系统、人机工程学等一系列新技术，极大地提升了推土机的整体技术水平，推动推土机朝着智能化方向发展 5。1.1.2 国内履带推土机研究与应用现状国内推土机发展已有近 50 年的历史，由于制造成本较低、售价低，在国内市场上占据统治地位。近年来，随着建筑工程施工和露天矿开采规模的扩大，土方工程量的增加使履带式推土机得到迅速发展。其作业性能、可靠性、维修性、安全性及燃料经济性有了明显的提高，微电子技术正在向推土机渗透，向- 2 -机电一体化方向发展。河北宣工是国内最早生产大马力推土机的制造商之一，上世纪 70 年代第一台 100 马力以上大马力推土机诞生于河北宣工。特别是上世纪 80 年代引进美国卡特公司 D6D 推土机制造技术后，其机械传动的推土机的传动系制造技术、液压系统制造技术、操纵与控制系统的技术有了质的提高，极大地缩小了与国外先进企业的技术差距。上世纪 90 年代，宣工引进了卡特公司 D7H 高驱动推土机技术，同时引进了日本的镗铣加工中心、五面体加工中心、意大利的三座标测量仪等先进的加工及热处理设备，为宣工的全面发展和产品质量的不断提高奠定了坚实的基础。经过十多年的不断探索，其先进的高驱动系列推土机已明显领先于国内同行业。经过近 30 年的努力，其产品制造技术已比较成熟，占据国内推土机销量的一半以上 6。国内推土机行业经过近 40 年的发展，已逐浙形成了自己独特的产业特点，虽技术不落后，但性能相对落后，售价低，全世界的技术特点和机型都能找到，普通型、高驱动型、静液传动型的推土机全有。随着电子技术和静液压技术应用于工程机械领域，使其发生了巨大变化，在推土机上采用微电脑控制的智能化电子监测系统及故障诊断系统、GPS/GIS 系、CAN 总线、静液压传动已成为未来推土机发展的方向 7。1.2 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器是近年来在轿车和中型汽车上广泛采用的一种离合器。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。那么可以看出，对于中型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。为了保证离合器具有良好的工作性能，对离合器设计提出如下基本要求： （1） 在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备；（2） 接合时要平顺柔和，以保证汽车起步时没有抖动和冲击；- 3 -（3） 分离时要迅速、彻底；（4） 离合器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） 操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳；（7） 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，以保证有稳定的工作性能；（8） 应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长；（9） 结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，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，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。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，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，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结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作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后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具有很多优点：1） 由于膜片弹簧具有非线性特性，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变；2） 可以减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；3） 膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，因此其压紧力实际上不受离心力的影响；4） 性能稳定，平衡性也好；5） 膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；6） 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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。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轻型、中型车辆上得到广泛运用。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，其膜片弹簧为反- 4 -装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，装拆方便；弹簧的应力分布也得到改善；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。- 5 -2 离合器结构方案选取2.1 给定参数和结构设计要求发动机最大功率及转速： 180Nh/1800rpm发动机最大转矩及转速： 833Nm/1400rpm汽车整备质量： 21000KG主减速比： 3.133变速器 1 档传动比： 17.1882.2 结构设计2.2.1 离合器设计方案对比方案一：圆盘摩擦离合器如图 2.1 所示。1-主轴；2-壳体；3- 输出轴；4-压簧； 5-主动盘；6-从动盘； 7-壳体；8-分离杠杆；9-压板图 2.1 圆盘摩擦离合器原理：摩擦件为圆盘，分单盘和多盘两种，并有干式和湿式之分。单盘式结- 6 -构简单，只有一对摩擦面，从动部分惯量很小，散热性好，调整方便，分离彻底，但所能传递的扭矩小，一般不超过 1000N/m。多盘式有多对摩擦面，传递的扭矩可超过 1000N/m。如要求传递大扭矩，可增加摩擦面对数，而不必增大离合器的径向尺寸和轴向压紧力，这有利于降低离合器的转动惯量。多盘式结构紧凑，可采用不同材料的摩擦面，便于制造、安装和调整，允许在变速下接合，应用广泛；但摩擦面对数过多会影响离合灵活性，甚至卸去压紧力后，主、从摩擦件仍不能彻底脱开，造成摩擦面的过量磨损。通常干式摩擦面应少于 15 对，湿式应少于 30 对。湿式摩擦离合器的摩擦件浸在油中工作，常为多盘式，比干式磨损小，散热好，温升低，寿命长，所能传递的扭矩大。方案二：圆锥摩擦离合器如图 2.2 所示 8。图 2.2 圆锥摩擦离合器原理：摩擦件为截锥体，分单锥和双锥两种。这种离合器结构简单，接合平稳，分离彻底；能产生较大的摩擦力，摩擦面磨损后一般不需人工调整，由于单锥式只有一对圆锥摩擦面，双锥式也只有两对摩擦面，如要传递大扭矩必须增大锥体的径向尺寸。减小锥角可增加摩擦力，但内外锥面不易分离。通常，摩擦面材料为金属-金属时，锥顶半角应不小于 7；为皮革- 金属时，应不小于12。- 7 -2.2.2 离合器设计方案确定由于推土机的行驶路况比较恶略，使得离合器在离合过程中负荷较大，决定选定多片湿式圆盘离合器，提高离合器的传扭能力 9。湿式离合器的优点在于内金属摩擦面之间直接接触的情况很少（理想情况下应完全不接触） ，摩擦面之间很少产生摩擦，因而具有耐久的优点 10。（1） 压紧弹簧选用膜片弹簧由于膜片弹簧有理想的非线性特征，弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变 11；在产生同样压力的情况下比用螺旋弹簧的压紧尺寸小，即可以缩短离合器的轴向尺寸 12；高速回转时，压紧力不降低，不平衡度小 13。（2） 采用拉式结构拉式膜片弹簧有以下优点：取消了中间的支承零件，使结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小 14;以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径较大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递转矩的能力，且并不增加踏板力15。2.2.3 从动盘、主动盘数确定根据本次毕业设计课题要求，确定主动盘数为 4，从动盘数为 3。2.2.4 压紧弹簧的结构形式及布置离合器的压紧弹簧的结构形式有：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、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，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，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。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，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平（如图2.1 所示） 。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作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移到膜后移使离合器分离。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，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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，因此其压紧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- 8 -弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。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，广泛用于乘用车、客车、轻型和中型货车上。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，并将支承圈片弹簧的大端附近如图所示，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如图所示。（a）自由状态 （b）压紧状态 （c）分离状态图 2.3 膜片弹簧离合器的工作原理图（a） 一般压式操纵 （b）拉式操纵图 2.4 离合器操纵形式2.2.5 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从动盘转动，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。- 9 -压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等。近年来广泛采用弹性传动片式。因为另外几种方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙。这样在传动时将产生冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。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。弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且一般用 34组（每组 23 片）沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机传动片时受拉，当由车轮滑行时反转受压。这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点，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定中。所以该离合器采用弹性传动片。2.2.6 分离轴承的类型分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况。常用含润滑油脂的密封止推球轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置（如图2.3 所示） 。它有内圈旋转轴承，轴承罩，波形片簧，它由厚约为 0.7mm 的65Mn 钢带制成，油淬、模内回火度 HRC4351，及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动1mm 左右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有 34mm 间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的车辆采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。- 10 -1-分离轴承罩；2-分离轴承；3-分离套筒；4- 波形弹簧片图 2.5 自动调心轴承装置2.2.7 离合器的通风散热措施提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在 180以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过180 200时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到 1000。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在多片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，一般约为 1525mm。- 11 -3 离合器基本结构参数的确定在初步确定了离合器的结构形式之后就要确定其基本结构尺寸参数。3.1 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maxc时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便，如表 3.1 所示。表 3.1 后备系数表车型乘用车及总质量小于 6t的商用车最大总质量为 614t的商用车挂车后备系数 1.201.75 1.502.25 1.804.00本设计是基于 180 马力履带推土机的离合器设计，该车型属于挂车，故选择本次设计的后备系数 在 1.804.00 之间选择，取 =2.5。3.2 摩擦片外径及其它尺寸的确定摩擦片的外径 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（3.1）计算出：D= K maxeT（3.1）式中： D摩擦片外径，mmT 发动机最大扭矩， N.mmaxeK 直径系数设计原始数据：T =833N.mmaxe表 3.2 直径系数 K 的取值范围D车型 直径系数乘用车 14.616.0-18.5（单片离合器）最大质量为 1.8-14.0t 的商用车13.5-15.0（双片离合器）最大质量大于 14.0t 的商用车 22.5-24.0- 12 -根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据表 3.3 所示“离合器摩擦片尺寸系列和参数” （即 GB145774） 。表 3.3 离合器摩擦片尺寸系列和参数外径 /Dm内径 /dm厚度 /h内外径之比 /dD单位面积 2/Fm160 110 3.2 0.687 10600180 125 3.5 0.694 13200200 140 3.5 0.700 16000225 150 3.5 0.667 22100250 155 3.5 0.620 30200280 165 3.5 0.589 40200300 175 3.5 0.583 46600325 190 3.5 0.585 54600350 195 4 0.557 67800380 205 4 0.540 72900再根据课题要求可取，摩擦片有关尺寸：外径 D=375mm 内径 d=20mm 厚度 h=4mm 内径与外径比值 c=d/D=0.746- 13 -4 离合器从动盘设计4.1 从动盘结构简要介绍在现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘，用以避免汽车传动系统的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系统零件的寿命，改善汽车行使的舒适性，并使汽车平稳起步。由于推土机采用的是多盘摩擦片，结构空间比较窄，所以取消扭转减震器。4.2 从动盘设计从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成。它虽然对离合器的工作性能影响很大，但是其工作寿命比较薄弱，因此在结构和材料上的选材是设计的重点。设计从动盘时一般应满足以下几个方面的要求：（1） 为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小；（2） 为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀且从动盘应具有轴向弹性；（3） 要有足够的抗爆裂强度。4.2.1 从动片的选择和设计设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为推土机在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档） 。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用 1.3-2.0mm 厚的薄钢板冲压而成，为了进一步减小从动片的转动惯量，有时将从动片外缘的盘形部分磨至 0.65-1.0mm，使其质量更加靠近旋转中心。为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，离合器的从动片一般都作成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的磨损。 具有轴向弹性的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式- 14 -的弹性从动片、及组合式弹性从动片。在本设计中，因为设计的是推土机的离合器，故采可以用整体式弹性从动片。- 15 -j4.2.2 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（如表 4.1 所示） 。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。表 4.1 花键的结构尺寸选取 GB1144-74从动盘外径D/mm发动机转矩/Nm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/MPa160 50 10 23 18 3 20 10180 70 10 26 21 3 20 11.8200 110 10 29 23 4 25 11.3225 150 10 32 26 4 30 11.5250 200 10 35 28 4 35 10.4280 280 10 35 32 4 40 12.7300 310 10 40 32 5 40 10.7325 380 10 40 32 5 45 11.6350 480 10 40 32 5 50 13.2380 600 10 40 32 5 55 15.2410 720 10 45 36 5 60 13.1430 800 10 45 36 5 65 13.5450 950 10 52 41 6 65 12.5花键尺寸选定后应进行挤压应力 （MPa）及剪切应力 j（MPa）的强度校核： MPaznldDjej 3082max（4.1）axe- 16 -jMPaznlbdDjej 154max（4.2）式中：D ， d分别为花键外径及内径/mm；n花键齿数；l， b分别为花键的有效齿长及键齿宽/mm；z从动盘毅的数目；maxe发动机最大转矩/N mm。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 4.1 选取得：花键齿数 n=10；花键外径 D=52mm；花键内径 d=41mm；键齿宽 b=6mm；有效齿长 l=65mm；代入公式 =20.92 ，则特性曲线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。- 22 -图 6.1 不同时的无弹性特性曲线碟形弹簧当其大、小端部承受压力时，载荷 P 与变形久之间有如下关系：22)1( hHAREh（6.1）式中：E弹性模量，对于钢：E=21 104MPa波桑比，钢材料取 =0. 3；h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，m1ln6m碟簧大、小端半径之比，m=R/r。汽车离合器膜片弹簧在实际安装中的支承点如图 6.2 所示。（a）自由状态； （b）结合状态； （c）分离状态图 6.2 膜片弹簧在离合器
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