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毕业设计（论文）中期检查表 填表日期 年 月 日 迄今已进行 周剩余 周 学生姓名 李龙 院系 汽车与交通工程学院 专业、班级 车辆工程 07 指导教师姓名 吕德刚 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是否 题目名称 丰田轿车离合器设计 指 导 教 师 填 写 毕业 设计 （论文）工作 进度 已完成主要内容 待完成主要内容 存在问题及努力方向 学生签字： 指导教师 意 见 指导教师签字： 年 月 日 教研室 意 见 教研室主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文）开题报告 设计（论文）题目 :丰田轿车离合器的设计 院 系 名 称 : 汽车与交通工程学院 专 业 班 级 : 车辆工程 学 生 姓 名 : 导 师 姓 名 : 开 题 时 间 : 指导委员会 审查意见： 签字： 年 月 日 开题报告撰写要求 一、“开题报告”参考提纲 1. 课题研究目的 和意义 ； 2. 文献综述（ 课题 研究 现状及分析）； 3. 基本内容 、 拟解决的主要问题 ； 4. 技术路线或研究方法； 5. 进度安排； 6. 主要参考文献。 二、“开题报告”撰写规范 请参照黑龙江工程学院本科生毕业设计说明书及毕业论文撰写规范要求 。 字数应在 4000 字以上，文字要精练通顺，条理分明，文字图表要工整清楚。 毕业设计（论文）开题报告 学生姓名 系部 汽车与交通 工程学院 专业、班级 车辆工程 指导教师姓名 职称 讲师 从事 专业 车辆工程 是否外聘 是 否 题目名称 丰田轿车离合器设计 一、课题研究现状，选题目的和意义及国内外背景： 1、 选题目的： 本次选择课题为丰田轿车离合器的设计，本次设计为膜片弹簧离合器，而此设计有重大的意义和广泛的用途，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命，所以设计一个操作简便分离快速的离合器是十分必要的，且选择了设计离合器能够做到对汽车内重要部件的了解。 2、 选题意义： 离合器是汽车传动系中直接与发动机相 连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证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；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；在工作中受到大的动载荷时，能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；有效地降低传动系中的振动和噪声。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧以及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器。 它的优点：首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使得零件数目减少，重量减轻；其次，离合器 结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。 因此，离合器作为汽车重要的基础部件它的功能不能忽视，设计如此重要的汽车传动系统意义重大。 、 研究现状，国内外背景及发展趋势： 传统离合器分有拉线和液压式两种，自动离合器也分为两种：机械电机式自动离合器和液压式自动离合器。机械电机式自动离合器的 集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，经处理后发送指令驱动伺服马达，通过拉杆 等机械形式驱使离合器动作；液压式自动离合器则是由 送信号驱动电动液压系统，通过液压操纵离合器动作。 液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元（ 液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞。变速器控制单元（ 发动机控制单元（ 集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入 /输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。 自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合器油缸组 成，当 出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油缸。通过 制电磁阀的电流量来控制油液流量和 油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。 为了实现离合器的自动操纵，采用自动离合器，可以省去离合器踏板，实现汽车的 “双踏板 ”操纵，与其他自动离合传动系统（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，离合器的摩擦力矩调节性还不够理想，使用性能不尽完善。 例如，汽车以高档低速上坡时，离合器容易打滑。因此必须提前换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。 我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动档 轿车 的增加，我国传统离合器行业的发展前景日益担忧，不少企业都在寻求新的持续发展的途径。 2007 年以前，我国汽车产量持续增长、汽车保有量的增加、出口 市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续 8 年快速发展， 2007 年我国汽车离合器的产量突破 1000 万套。自 2008 年以来，受全球 金融 危机影响，中国汽车销量为 938 万辆，增长率仅为 离合器的市场规模约为 55 亿元。到 2010 年，我国离合器总 销售 额将达 84 亿元，其中，盖总成 2800 万件，从动盘总成 5700 万件，液力变矩器 100万套以上。目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发、制造和供货能力，干摩擦式离合器仍将是 “十一五 ”期间汽车 动力 系统中的主要应用部件。在技术目标方面， 离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品 水 平，传递转矩超过 3000 牛米的大容量 重型 离合器要形成批量供货，要掌握 关键技术，在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破，建立离合器的综合自动检测系统，以及建立模拟工况和实车试验标准，形成更为完善的离合器产品评价体系。按照离合器行业的规划， “十一五 ”期间，汽车离合器行业要形成 35 家年销售量超过 300 万套的 “小巨人 ”企业和 510 家年销售量超过 120 万套的规模企业，并出现产销规模进入世界离合器行业前 10 名的中国企业。 国 内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器、具体如下介绍： （ 1）摩擦式离合器：发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传 递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合和状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拔叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐 渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。 随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。 摩擦离合器又可分为： 单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。 双盘离合器：即增加了一个从动盘。 周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧座压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。 中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央。 膜片弹簧离合器：是以 膜片弹簧作为压紧弹簧 （ 2）液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。 （ 3）电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的结合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 （ 4）自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域，这种由控制单元 （ 控制 的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换挡的一个重要步骤 离合器的断开与接合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。 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，以使用心得使用条件。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，提高使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。 二、设计（论文） 的基本内容 、 拟解决的主要问题 、膜 片弹簧离合器的基本结构尺寸和参数的选择（摩擦片外径、离合器后备系数 和单位压力 ）、性能计算和设计。 、离合器零件的结构选型及设计计算 ）离合器装配图； ）从动盘总成设计； ）压盘和离合器盖总成设计； ）膜片弹簧的强度校核、主要参数的选择和优化设计。 如何选择离合器的这些参数，将直接影响到离合器的性能。根据合适的数据规格进行离合器的尺寸结构设计，对于提高汽车的变速性能将会起到很重要的作用。 三、技术路线（研究方法） 四、进度安排 （ 1） 第 1、 2 周 确定课题，查阅相关的离合器设计资料并进行收集。完成开题报告。 （ 2） 第 3 周研究 对离合器进行拆解和组装， 了解摩擦式离合器的基本结构 。 （ 3） 第 4 周对从动盘、压盘和离合器盖进行总成设计。膜片弹簧进行强度校核。 （ 4） 第 5周开始用软件进行绘图撰写说明书。 （ 5） 第 7完善设计内容，画出各个零件的零件图。 （ 6） 第 13 周进行预答辩。 （ 7） 第 14 周 结合离合器的结构总成，完成离合器的装配图。 （ 8） 第 15设计说明书修改及 完善。 （ 9） 第 17 周准备毕业设计答辩。 查找资料，了解离合器历史及发展趋势等。 结合离合器的实物，对离合器进行拆装，了解摩擦式离合器的基本结构。 根据给定参数对摩擦片外径、离合器后备系数和单位压力，及其性能进行计 算和设计。 画出各个零件的零件图。然后结合离合器的结构总成，完成离合器的装配图。 对从动盘、压盘和离合器盖进行总成设计。包括分离装置的设计，以及从动盘设计和圆柱螺旋弹簧设计等。 最后对膜片弹簧进行强度校核、检查其合理性。确定最终设计方案，完成设计。 五、 参考文献 1 王江波 . 双离合器自动变速器的发展及展望 J. 上海汽车 , 2008, (01) 2 牛铭奎 , 葛安林 , 金伦 , 徐彩琪 . 双离合器式自动变速器简介 J. 汽车工艺与材料 , 2002, (12) 3 荆崇波 , 苑士华 , 郭晓林 . 双离合器自动变速器及其应用前景分析 J. 机械传动 , 2005, (03) 4 吴咏 , 张尚娇 . 注目中国的 术 J. 上海汽车 , 1999, (08) 5 濮良贵 纪名刚机械设计第八版 机械工业 出版社 2003 , (03) 6简明机械零件设计手册 机械工业出版社 2008, (01) 7 徐立友，李金辉，张明柱，湿式多片换挡离合器的设计农机化研究 2005, (08) 8 余志生，夏群生 汽车理论 机械工业出版社 2009, (03) 9 臧杰，阎岩 汽车构造 机械工业出版社 2008, (01) 10 马彪 刘影 陈建文车辆综合传动换挡离合器结合过程动态特性研究 中国机械工程 2005 11 陈家瑞 . 汽车构造（第二版） M. 北京：机械工业出版社 ,2005, (03) 12 林胜 , 周运金 . 在 中定制工程图标准模板文件 J. 广西轻工业 , 2008,(07) 13 蔡兴旺 . 汽车构造与原理 M. 北京：机械工业出版社 , 2004, (12) 14 肖生发 . 汽车工程学基础 M. 北京：人民交通出版社 , 2002, (03) 15 of KJ. 001,(04) 16 2006,(03) 17 2007,(07) 六、备注 指导教师意见： 签字： 年 月 日 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 本科生毕业设计 丰田轿车离合器设计 院部名称 ： 汽车与交通工程学院 专业班级 ： 车辆工程 学生姓名 ： 指导教师 ： 职 称 ： 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院 二一一年六月 黑龙江工程学院本科生毕业设计 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，它的构造特性与发展和传动系紧密相关，本文针对丰田花冠汽车的各项参数，设计拉式膜片 弹簧离合器。 离合器设计的内容主要包括压盘总成、从动盘总成、膜片弹簧三个部分。首先，对离合器各零件的参数、尺寸、材料、及结构进行设计，然后使用 件画出推式膜片弹簧的装配及零件的三维图形，最后转为 程图。 本文还重点研究了膜片弹簧在分离过程中的受力，对受力过程进行数学分析，并对其进行校核，以提高膜片弹簧离合器的使用寿命，使膜片弹簧离合器在工作过程中处于最佳状态。 本文主要介绍了膜片弹簧离合器的发展史、工作原理、优点、离合器功用、主要参数的选择与优化、结构设计、零部件设计以及材料的选择等内 容。 关键词 ：离合器；膜片弹簧；设计；材料；原理；功用 黑龙江工程学院本科生毕业设计 he is an of s to be of s of AD on in of In of in its of 龙江工程学院本科生毕业设计 1 目 录 摘要 . . 录 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪 论 . 3 片弹簧离合器结构及工作原理 . 3 题研究的目的和意义 . 4 合器的历史、现状和发展趋势 . 5 片弹簧离合器概述 . 7 要研究内容 . 8 第 2 章 离合器基本尺寸参数的选择 . 10 合器基本性能关系式 . 10 合器后备系数的选择 . 10 擦材料中单位压力和摩擦因 数的取值 . 10 章小结 . 11 第 3 章 离合器从动盘总成设计 . 12 擦片的设计 . 12 动盘毂的设计 . 14 动片和波形弹簧片的设计 . 14 转减震器的设计 . 15 章小结 . 17 第 4 章 离合器压盘总成设计 . 18 盘设计 . 18 合器盖的设计 . 18 力片的设计 . 19 章小结 . 20 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 2 第 5 章 膜片弹簧设计 . 20 片弹簧的切选 . 21 片弹簧的分析 . 22 片弹簧的校核 . 24 章小结 . 24 第 6 章 离合器分离装置设计 . 25 离杆的设计 . 25 合器分离套筒 和分离轴承的设计 . 25 合器壳的设计 . 26 章小结 . 26 结论 . 27 参考文献 . 28 致谢 . 30 附录 . 错误 !未定义书签。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 3 第 1章 绪 论 片弹簧 离合器 结构及工作原理 离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的 部件， 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，通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭距传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡等功能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平顺，三是防止汽车传动系过载 1。 在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器作为一个独立的部件存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系的发展趋势，但根据德国出版的 2003 世界汽车年鉴，2002 年世界各国 114 家汽车公司生 产的 1864 款乘用车中，手动机械变速器车款数为1337 款；在我国，乘用车中自动挡车款式只占全国平均数的 若考虑到商用车中更是多数采用手动变速器，手动挡汽车目前仍然是世界车款的主流。可以说，从目前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失 1。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式 离合器按结构分可分主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。 在 膜片弹簧离合器 中膜片弹 簧有压紧弹簧和分离杠杆的 双重 作用 ， 所以膜片弹簧离合器的结构设计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分 2。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 4 a b c 图 片弹簧离合器工作原理示意图 a 安装前位置； b 安装后； c 分离位置 1 飞轮； 2 摩擦片； 3 离合器盖； 4 分离轴承； 5 压盘； 6 膜片弹簧； 7 支撑环 膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有钢丝支承 圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离 L。用螺栓将离合器盖固定到飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移，膜片弹簧将以前钢丝支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开从动盘后移，离合器就变为分离状态了 3。 题研究的目的和意义 1、 选题目的： 本次选择课题为丰田轿车离合器的设计，本次设计为膜片弹簧离合器，而此设计有重大的意义和广泛的用途，因为离合器作为底盘传动系统中的重要部件，它起着从发动机到传动系中齿轮之间桥梁的作用，故它的重要性不可忽视，一个良好的离合器能够提高汽车的寿命，所以设计一个操作简便分离快速的离合器是十分必要的，且选择了设计离合器能够做到对汽车内重要部件的了解。 2、 选题意义： 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证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；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；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各黑龙江工程学院本科生毕业 设计 5 零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧以及分离杆机构而做成的离合器，因为它布置在中央，所以也可算中央弹簧离合器。 它的优点：首先，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杆的作用，使得零件数目减少，重量减轻；其次，离合器结构大大简化并显著地缩短了离合器的轴间尺寸；再者，膜片弹簧具有良好的非线性特性，设计合适可使摩擦片磨损到极限，压 紧力仍能维持很少改变，且减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便。因此，离合器作为汽车重要的基础部件它的功能不能忽视，设计如此重要的汽车传动系统意义重大。 合器的历史、现状和发展趋势 研究现状，国内外背景及发展趋势： 传统离合器分有拉线和液压式两种，自动离合器也分为两种：机械电机式自动离合器和液压式自动离合器。机械电机式自动离合器的 集油门踏板、发动机转速传感器、车速传感器等信号，经处理后发送指令驱动伺服马达，通过拉杆等机械形式驱使离合器动作；液压式自动离合器则是由 通过液压操纵离合器动作。 液压式自动离合器在目前通用的膜片离合器的基础上增加了电子控制单元 （ 液压执行系统，将踏板操纵离合器油缸活塞改为由开关装置控制电动油泵去操纵离合器油缸活塞。变速器控制单元（ 与发动机控制单元 （ 是集成在一起的，根据油门踏板、变速器档位、变速器输入 /输出轴转速、发动机转速、节气门开度等传感器反馈信息，计算出离合器最佳的接合时间与速度。 自动离合器的执行机构由电动油泵、电磁阀和离合器油缸组成，当 出指令驱动电动油泵，电动油泵产生的高压油液通过电磁阀输送到离合器油 缸。通过 制电磁阀的电流量来控制油液流量和油液的通道变换，实现离合器油缸活塞的移动，从而完成汽车起动、换档时的离合器动作。 为了实现离合器的自动操纵，采用自动离合器，可以省去离合器踏板，实现汽车的 “ 双踏板 ” 操纵，与其他自动离合传动系统（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，离合器的摩擦力矩调节性还不够理想，使用性能不尽完善。例如，汽车以高档低速上坡时，离合器容易打滑。因此必须提前换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。 我国汽车业的高速发展，带动我国汽车离合器市场需求持续大幅增长。随着我国自动档 轿车 的增加，我国传统离合器行业的发展前景日益担忧，不少企业都在寻求新黑龙江工程学院本科生毕业 设计 6 的持续发展的途径。 2007 年以前，我国汽车产量持续增长、汽车保有量的增加、出口市场需求的扩张等三大因素推动我国汽车离合器行业连续 8 年快速发展， 2007 年我国汽 车离合器的产量突破 1000 万套。自 2008 年以来，受全球 金融 危机影响，中国汽车销量为 938 万辆，增长率仅为 离合器的市场规模约为 55 亿元。到 2010 年，我国离合器总 销售 额将达 84 亿元，其中，盖总成 2800 万件，从动盘总成 5700 万件，液力变矩器 100 万套以上。目前国产离合器已经能够全面覆盖国内各种车型产品并具有足够的研发、制造和供货能力，干摩擦式离合器仍将是 “ 十一五 ” 期间汽车 动力 系统中的主要应用部件。在技术目标方面，离合器的可靠性和寿命指标要达到或接近国外同类产品 水 平，传递转矩超过 3000 牛米的大容量 重型 离合器要形成批量供货，要掌握 关键技术，在离合器及其电子操控系统的集成开发方面取得突破，建立离合器的综合自动检测系统，以及建立模拟工况和实车试验标准，形成更为完善的离合器产品评价体系。按照离合器行业的规划， “ 十一五 ” 期间，汽车离合器行业要形成 35 家年销售量超过 300 万套的 “ 小巨人 ” 企业和 510 家年销售量超过 120 万套的规模企业，并出现产销规模进入世界离合器行业前 10 名的中国企业。 国内外主要汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。摩擦式离合器又分 为湿式和干式两种。而比较先进的离合器为液力偶合器、电磁离合器、具体如下介绍： （ 1）摩擦式离合器：发动机飞轮是离合器的主动件，带有摩擦片的从动盘和从动毂借滑动花键与从动轴（即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧则将从动盘压紧在飞轮端面上。发动机转矩即靠飞轮与从动盘接触面之间的摩擦作用而传到从动盘上，再由此经过从动轴和传动系中一系列部件传给驱动轮。压紧弹簧的压紧力越大，则离合器所能传递的转矩也越大。由于汽车在行驶过程中，需经常保持动力传递，而中断传动只是暂时的需要，因此汽车离合器的主动部分和从动部分是经常处于接合和 状态的。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。当希望离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板，套在从动盘毂的环槽中的拔叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向松开的方向移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力的传递。当需要重新恢复动力传递时，为使汽车速度和发动机转速变化比较平稳，应该适当控制离合器踏板回升的速度，使从动盘在压紧弹簧压力作用下，向接合的方向移动与飞轮恢复接触。二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩也逐渐增加。当飞轮和从动盘接合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转 ，即离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘接合紧密程度的逐步增大，二者转速也渐趋相等。直到黑龙江工程学院本科生毕业 设计 7 离合器完全接合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。 摩擦离合器又可分为： 单盘离合器：只有一片从动盘，其前后两面都装又摩擦片，因而具有两个摩擦面。 双盘离合器：即增加了一个从动盘。 周布弹簧离合器：采用若干个螺旋弹簧座压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布。 中央弹簧离合器：仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧并安置在中央。 膜片弹簧离合器：是以膜片弹簧作为压紧弹簧 （ 2）液力偶合器靠工作液（油液）传递转矩，外壳与泵轮连 为一体，是主动件；涡轮与泵轮相对，是从动件。当泵轮转速较低时，涡轮不能被带动，主动件与从动件之间处于分离状态；随着泵轮转速的提高，涡轮被带动，主动件与从动件之间处于接合状态。 （ 3）电磁离合器靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。如在主动与从动件之间放置磁粉，则可以加强两者之间的结合力，这样的离合器称为磁粉式电磁离合器。 （ 4）自动离合器随着电子技术在汽车上应用，一种自动离合器系统也进入了汽车领域，这种由控制单元 （ 控制的离合器已经应用在一些轿车上，使手动变速器换挡的一个重要步骤 离合器的断开与接 合能够自动地适时完成，简化了驾驶员的操纵动作。 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，以使用心得使用条件。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，提高使用寿命，简化操作，已经成为目前离合器的发展趋势。 片弹簧离合器概述 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。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黑龙江工程学院本科生毕业 设计 8 降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离 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。 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：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，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。甚至某些总质量达 2832t 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。 要研究内容 由于膜片弹簧离合器，拥有零件数目少，重量轻，非线性特性好，操纵轻 便，等优点，且制造膜片弹簧的工艺水平在不断提高，所以本文将设计推式膜片弹簧离合器。 本设计以丰田花冠汽车各项参数和性能为设计基础 ， 所 选定汽车发动机提供的最黑龙江工程学院本科生毕业 设计 9 大转矩 152Nm。 本设计针对的车型是 09 款丰田花冠轿车。 其基本参数如下： 车 型：丰田花冠 整车质量： 1145（ 最高车速： 185 （ km/h） 主要尺寸 : 453017051490 长 /宽 /高（ 最大功率： 88/6000 （ 最大扭矩： 152/4400 （ 为了保证离合器具有良好的工作性能，设计离合 器应满足以下要求： （ 1）在任何行驶条件下，都能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止传动系过载。 （ 2）接合时要完全、平顺、柔和，保证汽车起步时没有抖动和冲击。 （ 3）分离要迅速、彻底。 （ 4）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）具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）应能避免和衰减传动系的扭转振动，并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。 （ 7）操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 （ 8）作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程中变化要尽可能小，以保证有稳定的工作性能。 （ 9）具有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、使用寿命长。 （ 10）结构应简单、紧凑，质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 10 第 2 章 离合器基本尺寸参数的选择 合器基本性能关系式 离合器的基本功能之一是传递力矩，因此离合器转矩容量是离合器最为基本的性能之一。通常它只能用来初步定出离合器的原始参数、尺寸，它们是否合适最终 取决于试验验证。 根据摩擦力矩公式 12/1 33oe m a xc (式 中 ： 离合器静摩擦力矩； 后备系数； f 摩擦因数； Z：摩擦面数； 单位压力； D 摩擦片外径； c 内外径之比 。 有了上面的关系式，对于一定的离合器结构而言，只要合理选择其中的参数，并能满足上面的关系式，就可估算出所设计的离合器是否合适 4。 合器后备系数的选择 后备系数 是离合器一个重要设计参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时，应保证离合器应 能可靠地传递发动机最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系过载。 其数值 按 表 2 1 选取，而设计乘用车的离合器其 要求比较的大，初步选择为 表 离合器后备系数 的取值范围 车 型 后备系数 乘用车及最大总质量小于 6t 的商用车 大总质量为 6 14t 的商用车 车 擦材料中单位压力和摩擦因数的取值 石棉基摩擦材料的密度小，制造容易、价格低廉等优点，但 受 工作温度、单位压力、滑磨速度影响大，主要用于中、轻载荷 的工作条件下，而粉末冶金材料的传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数高，故在选择摩擦片材料是粉末冶金材料中的铁黑龙江工程学院本科生毕业 设计 11 基 5。 初选 据 表 2 2 中 可得： 为 f 为 表 2 2 摩擦材料中单位压力和摩擦因数的取值 摩擦片材料 单位压力 擦因数 f 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 属陶瓷材料 章小结 本章系统介绍了膜片弹簧离合器的结构，并讲述了离合器各零件的结构和材料，各部分的连接关系，以及基础数据的选择和处理，为下章离合器的计算打下基础。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 12 第 3 章 离合器从动盘总成设计 擦片的设计 (1)摩擦片基本尺寸的确定 。 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有一定的关系。 根据摩擦力矩公式(3 1)： 3 30e m a x )1(12 p (式中： 发动机最大转矩； 后备系数； f 摩擦因数； Z： 摩擦面数； 单位压力； D 摩擦片外径； c 内外径之比 计算离合器的外径 D 同时参考经验公式 ( e m a (式中： K 参考 系数 ； D 摩擦片外径； 发动机最大转矩； 乘用车 轿车 K 取 47， 计算得 到 D=179 初选 D 以后，还需根据摩擦片尺寸的系列化和标准化进一步确定 6。 查找标准 (74)的规定： 最终确定：外径 D=250径 d=155外径之比 c=片面积表 3 1 离合器尺寸选择参数表 摩 擦 片 外 径D/60 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430 内径 d（ 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230 厚度（ 4 4 4 C=d/D 1 c 面面积 （ 106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 13 F=302 对摩擦片的厚度 h，我国以规定了 3 种规格： 4里选择厚度为 (2)摩擦片的校核。 在初步确定完摩擦片的基本尺寸后，要对摩擦片校核： 1)摩擦片外 D(选择应使最大圆周速度 超过 65 70m/s： 3e m a 060/ ( 式中： 发动机的最高转速（ r/ 当 6 000 时，代入可得： s 65 70m/s。 2)摩擦片的内外径比 c 应在 围内： c= 3)保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载， 应在 间，代入式 (2 1)： = 4)为了减少汽车起步过程中的离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次接合的单位面积滑磨功应小于其许用值，即： )-( 4 22 (式中： 单位摩擦面积滑磨功 (J/ 其许用值 ； W 汽车起步时离合器接合一次产生的总滑磨功 (J)，可以根据下式计算： 21 (式中： 发动机转速，取 2 000r/汽车总质量 (取 1145汽车轮胎滚动半径 (m)； 汽车起步时所用变速器档位的传动比 ； 数值取 主减速器传动比，取 各个数值代入 (得到 ： W=14 983J。 把 W=14983J 和摩擦片的各个数值代入式 (得： = 经过校核可知，摩擦片的设计符合相应的设计要求 7。 黑龙江工程学院本科生毕业 设计 14 动盘毂的设计 发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，花键之间为动配合，在离合器分离和结合的过程中，从动盘毂就能在花键轴上 自由滑动 。我国生产的离合器，其从动盘毂花键多用 准，其有关尺寸见表 表 3 2 从动盘毂花键的尺寸 摩擦片的外径D/动机的最大转矩 m 花键尺寸 挤压应力 /数 n 外径 D/径 d/厚 t/效齿长 l/80 69 10 26 21 3 20 00 108 10 29 23 4 25 25 150 10 32 26 4 30 50 200 10 35 28 4 35 根据表 3 2 中选择 n=10， D=35d=28t=4l=35 花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，当应力偏大时可适当增加花键毂的轴向长度。 花键的挤压应力j： 3 0 MP . 2 MP a)( 8 e m a z n ld z n (式中： 发动机最大转矩； D 花键毂的外径； d 花键毂的内径； n 花键毂的齿数； l 花键毂的有效长度。 从动盘毂一般都由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应大于 30 从动盘毂采用锻钢（ 40采用调质处理，表面和心部硬度在 26 32提高花键内孔表面硬度和耐磨度，可采用镀铬工艺；对减振弹簧窗口及从动片配合处，应进行高频处理 。 动片和波形弹簧片的设计 设计从动片，要尽量减轻其重量，并使其质量的分布可能地靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。为了减小转动惯量，从动片做的比较薄，一般在 据设计的需要采用从动片的厚度为 2料为中碳钢板（ 50 号），表面硬度为35 40构采用分开式弹性从动片结构。 黑龙江工程学院本科生毕业 设