【车辆工程类】长城赛弗F1汽车的离合器设计【6张图纸】【优秀】【毕业论文说明书】
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毕业设计（论文） 题 目： 长城赛弗 车的离合器设计 学 院 ： 航空制造工程 专 业名称 ： 机械设计及其自动化 班级学号 ： 08031636 学生姓名 ： 葛 毅 指导教师 ： 于 斐 二 O 一 二 年 六 月 毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目： 长城赛弗 车的离合器设计 业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 设计条件： 发动机最大转矩： 190 摩擦系数： 后备系数： 合器摩擦片外径： 250计技术要求： 采用膜片弹簧离合器设计，要求完成主动部分设计（包括压盘设计、离合器盖设 计、传动片设计）、从动盘总成设计以及膜片弹簧设计 ，并完成离合器装配图和零件 图 。 业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 搜集有 关资料，撰写开题报告 1 周 2. 相关外文文献资料的阅读与翻译（ 6000 字符以上） 2 周 3. 主动部分设计 3 周 4. 从动盘总成设计、膜片弹簧设计 3 周 5. 绘制总装图和零 件图 4 周 6. 撰写毕业论文 3 周 7. 答辩准备及毕业答辩 1 周 、主 要参考资料： 1 徐石安，江发潮 M2005,2. 2 浦定真 J2006,6. 3 林世裕主编 M2005. 4 程汉应 J2001,7. 56航空制造工程学院 机械设计制造及其自动化 专业 080316 班 学生（签名）： 日期： 自 2012 年 2 月 20 日至 2012 年 6 月 15 日 指导教师（签名）： 助理指导教师 (并指出所负责的部分 )： 机械设计制造及其自动化 系（室）主任（签名）： 附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。 学士学位论文原创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 日期： 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 长城赛弗 学生姓名： 葛毅 班级： 080316 指导老师： 于斐 摘要 ： 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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。 本文根据选定的发动机容量与汽车的相关参数，进行设计，确定了以推式膜片弹簧离合器作为设计目标。根据推 式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。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：选择相关设计参数，离合器容量参数，离合器后备系数的确定，单位压力 P 的确定，摩擦片外径 D 的确定。并进行了总成设计主要为：减震从动 盘设计，压盘设计，离合器盖设计和膜片弹簧的设计。 关键字 ： 膜片弹簧离合器 膜片弹簧 离合器 摩擦片 减震盘 指导老师签名： 1i 080316 is an in is to of to a in in as a in on to as a to of is of of of of of to of of to in of , of , of . of 目 录 1 绪论 . (1) 题研究的目的和意思 . (1) 内外的研究现状和发展趋势 . (1) 片弹簧离合器的结构及其优点 . (3) 计内容 及要 求 . (5) 2 离合器结构方案分析 . (6) 动盘的 选择 . (6) 紧弹簧和 布置形式的选择 .(6) 盘的驱动形式 . (7) 合器 的通风散热 . (7) 计 方案的确定 . (8) 3 离合器主要参数的选择 . (8) 合器基本性能关系式 . (8) 备系数的选择 . (9) 擦因数 f、摩擦面数 Z 和离合器间隙 t. (10) 位压力0P.(10) 擦片外径的确定及校核 . (11) 4 主动部分设计 . (13) 盘设计 . (13) 合器盖设计 . (15) 动片设计 . (15) 5 从动盘总成设计 . (18) 动盘结构介绍 . (18) 擦片设计 . (18) 动盘毂设计 . (19) 动片设计 . (21) 转减振器设计 . (21) 6 膜片弹簧设计 . (26) 片弹簧的概念 . (26) 片弹簧的弹性特性 . (26) 片弹簧的强度计算 . (29) 片弹簧基 本参数的选择 . (30) 片弹簧材料及制造工艺 .(32) 结 论 . (33) 参考文献 . (34) 致谢 . (35) 一、选题的依据及 意义 ： 在科学技术飞速发展的今天，任何一项新技术的产生都是各种技术互相渗透的结果。机电一体化是一种复合化技术，它是机械技术和微电子技术、信息技术相互渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。 机电一体化的实体部分是机械技术及电子技术，又通过信息技术把两者有机的结合在一起，从而构成功能更为先进的产品，按照系统分析的观点，机电一体化就是把机械部分和电子部分各作为一个环节统一在一个“系统”之中。为了使系统运行达最优化，应该是构成系统的所有硬件采取最佳组合方式，为了强化机电一体化产品的功能从系统观点出发 把机械部分和电子部分融合在一起进行通盘考虑，决定那些采用机械技术，那些采用电子技术，并通过信息传输与处理把两者有机组合。因此，从某种意义上来说，机电一体化技术是系统工程学在机械、电子领域的应用，而机电一体化则显示出它的应用效果。 20 世纪 80 年代中期，汽车离合器在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，发动机排量在 下的轿车也大量装备离合器，而且不少车型都把它作为标准配置推出。汽车离合器在我国一直是处于十分落后状态，除了 70 年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了汽车离合器之后，将近二十多年来，国产轿车从未 出现过汽车离合器总成。自从 20 世纪 80 年代以来，国外大量的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有汽车离合器的进口轿车迅速增长。随着我国改革开放的进一步深入，国家对汽车工业的投资规模日益扩大，国内外汽车生产企业对高质量、高水平、高效率的 汽车离合器 的需求越来越迫切。 随着国内汽车市场的发育成长，汽车离合器产品型谱逐步细化，产品的针对性越来越强，因此在保证现有汽车离合器生产和改进的同时，要充分认识到加入良好的合作开发机遇，取长补短，同时更应认识到供方、买方、替代者、产品竞争者的巨大压力。要紧 跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势，要紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化的发展方向，开发和生产具有自主知识产权、适合我国国情的汽车离合器。 二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 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。 国内外研究动态与发展趋势： 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 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。 三、 研究内容及实验方案： 分析汽车离合器的作用和工作原理，熟悉离合器各个组成部分之间的连接关系，设计一款汽车的离合器。采用膜片式弹簧离合器设计，要求完成主动部分设计（包括压盘设计、离合器盖设 计、传动片设计）、从动盘总成设计以及膜片弹簧设计，并完成离合器装配图和零件图。 四、目标、主要特色及工作进度 （ 1）目标、特色 通过本次毕业设计，不仅可以巩固所学的理论知识，还可以培养运用所学专业理论知识的能力，更重要的是还可以让自己的知识面有一定的拓展，是一次很好的理论和实践相结合的锻炼机会。 让自己有能力完成一个零件的设计。 本次设计的是离合器，离合器运用广泛，具有代表性，充分联系生产实践，所以此次设计对即将毕业的大学生来说是一次挑战，更是一次学习的机会。 （ 2）工作进度： 1. 搜集有关资料，撰写开题报 告 1 周 2. 相关外文文献资料的阅读与翻译（ 6000 字符以 上） 2 周 3. 主动部分设计 3 周 4. 从动盘总成设计、膜片弹簧设计 3 周 5. 绘制总装图和零件图 4 周 6. 撰写毕业论文 3 周 7. 答辩准备及毕业答辩 1 周 五、参考文献 1 徐石安，江发潮 M2005,2. 2 浦定真 J2006,6. 3 林世裕 M2005. 4 程汉应 器摩擦片数量选择及其参数优化设计 J2001,7. 5刘涛 M2008. 67南昌航空大学士学位论文 1 长城赛弗 摘要 ： 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。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。 本文根据选定的发动机容量与汽车的相关参数，进行设计，确定了以 推式膜片弹簧离合器作为设计目标。根据推式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的制造材料。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：选择相关设计参数，离合器容量参数，离合器后备系数的确定，单位压力 擦片外径 进行了总成设计主要为：减震从动盘设计，压盘设计，离合器盖设计和膜片弹簧的设计。 关键字 ： 膜片弹簧离合器 膜片弹簧 离合器 摩擦片 减震盘 指导老师签名： 南昌航空大学士学位论文 2 1 is an in is to of to a in in as a in on to as a to of is of of of of of to of of to in of , of , of . of 南昌航空大学士学位论文 3 目 录 1 绪论 . (1) 题研究的目的和意思 . (1) 内外的研究现状和发展趋势 . (1) 片弹簧离合器的结构及其优点 . (3) 计内容及要求 . (5) 2 离合器结构方案分析 . (6) 动盘的选择 . (6) 紧弹簧和布置形式的选择 .(6) . (7) . (7) . (8) 3 离合器主要参数的选择 . (8) 合器基本性能关系式 . (8) 备系数的选择 . (9) 擦因数 f、摩擦面数 t. (10) 位压力0P.(10) . (11) 4 主动部分设计 . (13) 盘设计 . (13) 合器盖设计 . (15) 动片设计 . (15) 5 从动盘总成设计 . (18) 动盘结构介绍 . (18) 擦片设计 . (18) 动盘毂设计 . (19) 动片设计 . (21) . (21) 6 膜片弹簧设计 . (26) 片弹簧的概念 . (26) 片弹簧的弹性特性 . (26) 南昌航空大学士学位论文 4 片弹簧的强度计算 . (29) 片弹簧基本参数的选择 . (30) .(32) 结 论 . (33) 参考文献 . (34) 致谢 . (35) 1 绪论 1 1 课题研究的目的和意义 20世纪 80年代中期，汽车离合器在国外得以迅速发展，普及率愈来愈高，发动机排量在 下的轿车也大量装备离合器，而且不少车型都把它作为标准配置推出。汽车离合器在我国一直是处于十分落后状态，除了 70 年代长春第一汽车制造厂曾为红旗牌轿车配置了汽车离合器之后，将近二十多年来，国产轿车从未出现过汽车离合器总成。自从 20世纪 80年代以来，国外大量的现代轿车进人我国市场，特别在一些国际化大都市，装备有汽车离合器的进口轿车迅速增 长。随着我国改革开放的进一步深入，国家对汽车工业的投资规模日益扩大，国内外汽车生产企业对高质量、高水平、高效率的 汽车离合器 的需求越来越迫切。 随着国内汽车市场的发育成长，汽车离合器产品型谱逐步细化，产品的针对性越来越强，因此在保证现有汽车离合器生产和改进的同时，要充分认识到加入长补短，同时更应认识到供方、买方、替代者、产品竞争者的巨大压力。要紧跟重型商用车行业向高档、高技术含量和智能化方向发展的趋势，要紧跟客车低地板化、绿色环保化、城市公交大型化的发展方向，开发和生产具有自主知 识产权、适合我国国情的汽车离合器。 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。 南昌航空大学士学位论文 5 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。 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 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。 此后，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：采用具有轴向南昌航空大学士学位论文 6 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。 片弹簧离合器的结构 膜片弹簧离合总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。 (1)离合器盖 离合器盖一般为 120或 90旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧南昌航空大学士学位论文 7 力最终都要由它来承受。 (2)膜片弹簧 膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多 均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。 (3)压盘 压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。 (4)传动片 离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动，并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均 由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。 (5)分离轴承总成 分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧 形端面。 片弹簧离合器的工作原理 由图 合器盖 1与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧 3被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘 5 的压紧力，使得压盘与从动盘 6 摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时 (构成离合器主动部分 )，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力 南昌航空大学士学位论文 8 （ 1）接合位置 （ 2）分离位置 图 123456片 789要分离离合器时，将离合器踏板 8 踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成 7前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。 片弹簧离合器的优点 膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点： (1)膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性； (2)膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小； (3)高速旋 转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定； (4)膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀； (5)易于实现良好的通风散热，使用寿命长； (6)膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 设计条件：发动机最大转矩为 190擦系数为 备系数为 合器摩擦片外径为 250径为 155 分析汽车离合器的作用和工作原理，熟悉离合器各个组成部分之间的连接关系，设计一款汽车的离合器。采用膜片式弹簧离合器设计，要求完成主动部分设计（包括压 盘设计、离合器盖设计、传动片设计）、从动盘总成设计以及膜片弹簧设计，并完成离合器装配图和零件图。 为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要南昌航空大学士学位论文 9 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)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)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 (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 (9)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。 (10)结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。 2 离合器结构方案分析 动盘的选择 对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大。在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器结构简单， 尺寸紧凑，散热良好，用时能保证分离彻底、接合平顺。因此，广泛用与各级轿车及微、轻、中型客车与货车上，在发动机转矩不大于 1000 双片离合器与单片离合器相比，由于摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸较小，踏板力较小，另外接合较为平顺但中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。设计时在结构上必须采取相应的措施。这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。 多片离合器多为湿式，它有 分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但它具有接合平顺柔和、摩擦表面温度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。 南昌航空大学士学位论文 10 本次设计为轿车膜片弹簧离合器的设计，设计原始数据为：发动机的最大转矩 T=190小于 1000 选用单片磨擦离合器作为本次设计对象。 紧弹簧和布置形式的选择 周置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，周置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。 中央弹簧离合器采用一至两个圆柱螺旋弹簧或用一个圆锥弹簧作为压紧弹簧，并且布置在离合器的中心，此结构轴向尺寸较大。由于 可选较大的杠杆比，因此可得到足够的压紧力，且有利于减小踏板力，使操纵轻便。此外，压紧弹簧不与压盘直接接触，不会使弹簧受热退火，通过调整垫片或螺纹容易实现对压紧力的调整。这种结构多用于重型汽车上。 斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传力盘上，并通过压杆作用在压盘上。这种结构的显著优点是在摩擦片磨损或分离离合器时，压盘所受的压紧力几乎保持不变。与上述两种离合器相比，具有工作性能稳定、踏板力较小的突出优点。此结构在重型汽车上已有采用。 膜片弹簧离合器（图 2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。 综上，本次设计的轿车离合器应选择推式膜片弹簧离合器 盘的驱动形式 压盘的驱动方式主要有凸块一窗孔式、传力销式、键块式和弹性传动片式多种。前三种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器传动效率。传动片式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和南昌航空大学士学位论文 11 压盘以铆钉或螺栓联接，传动片的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。 使用弹性传动片的方式不仅消除了前三种的缺点，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定中，固选用弹性传动片式驱动压盘。 合器的通风散热 试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高 而增大的，当压盘工作表面超过 200180 C 时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在 180 C 以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到 C1000 。过高 的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂，为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够 大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽 ；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。 计方案的确定 本设计采用单片膜片弹簧离合器。本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。压盘驱动方式南昌航空大学士学位论文 12 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。拉式膜片弹簧离合器虽然有很多优点，但由于受到分离轴承的机构设计、拆装复杂等因素的困扰，因此在许多场合还是宁愿选用推式的结构型式。 综上本次设计选择单片推式膜片弹簧离合器。 3 离合器主要参数的选择 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c应大于发动机最大转矩而离合器传递的摩擦力矩c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 摩擦片平均摩擦半径 式由参考文献 1可得，即 m a xc c eZ （ （ 3 3 3m a x ( 1 / )12 p D d D（ 式中： 离合器的后备系数，见下表 3 f 摩擦系数，计算时一般取 该车型发动机最大转矩 190N m，取摩擦系数 f 为 得离合器的静摩擦力矩c=190 2=380N m 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 ， ， D，并能满足上面两式中的一个，就可以事先估算出所涉及 （或选用）的离合器是否合适。 表 3备系数表 车 型 轿车、 轻型货车 中、重型货车 越野车 、牵引车 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最大转矩的可靠程度。在选择时，应考虑以下几点： （ 1)摩擦片在使用磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 （ 2)要防止离合器滑磨过大。 （ 3)要能防止传动系过载。 南昌航空大学士学位论文 13 显然，为可靠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，又不宜选取太大；当发动机后备功率较大、使用条件较好时，可选取小些；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，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应大于单片离合器。 离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后 仍能传递 及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵轻便等。后备系数推荐表如下： 本设计是基于长城赛弗 车型属于越野车类型，故选择本次设计的后背系数 在 为该车型为城市越野车，不需要太大的后备系数，取 = f、摩擦面数 Z 和离合器间隙 t 摩擦片的摩擦因数 位压力和滑磨速度等因素。摩擦片的材料主要有石棉基材料 、粉末冶金材料和金属陶瓷材料等。石棉基材料的摩擦因数 位压力和滑磨速度的影响较大，而粉末冶金材料和金属陶瓷材料的摩擦因数 f 较大且稳定。各种摩擦材料的摩擦因数 表 3擦材料的摩擦因数 摩 擦 材 料 摩擦因数 f 石棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 属陶瓷材料 次设计取 f = 摩擦 面数 定于离合器所需传递转矩的大小及其结构尺寸。本次设计取单片离合器 Z = 2 。 离合器间隙 离套筒被回位弹簧拉到后南昌航空大学士学位论文 14 极限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分离杠杆内端之间留有的间隙。该间隙 t 一般为 3 4本次设计取 t =3 取时 应考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，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，加应取小些；当摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，0备系数较大时，可适当增大0p。 当摩擦片采用不同的材料时，0 表 3 摩擦片材料 单位压力 棉基材料 模压 织 末冶金材料 铜基 基 金属陶瓷材料 次设计取单位压力0 根据式（ 公式有参考文献 2,3可以得出， 3 3 3m a x ( 1 / )12 p D d D 得出 p = 位压力在容许的范围之内，认为所选 的离合器尺寸和参数合适。 擦片外径 D、内径 d 和厚度 h 摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。 当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩当选取后备系数和单位压力 可估算出摩擦片外径。 1）摩擦片外径 D(可根据发动机最大转矩 m)按如下经 验公式，见参考文献 2, m T（ 南昌航空大学士学位论文 15 式中，取值范围见表 3 由选车型得90N m， 7。 将各参数值代入式 (3计算得 D= 表 3车型 直径系数大总质量 片离合器） 片离合器） 最大总质量大于 据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表 3 表 3合器摩擦片尺寸系列和参数（即 外径D/60 180 200 225 250 280 300 325 350 外 径d/10 125 140 150 155 165 175 190 195 厚度h/ C =d/D - C 3 位面积F/06 132 160 221 302 402 466 546 678 根据摩擦片相关标准尺寸得出： 南昌航空大学士学位论文 16 外径 D=250径 d=155度 h=位面积 F=302 摩擦片的校核 （ 1）摩擦片外径 5s 即 /60D 310 65s 36m/s 满足要求 （ 2）为反映离合器的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用应力。 即 224() D d Z 为摩擦面数 （ = 3下表取值 由表 3 4 主动部分设计 盘参数的选择和校核 压盘形状较复杂，压盘的设计包括传力方式的选择及其几何尺寸的确定两个方面。 (1）压盘的传力方式的选择 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的分离过程中能自由的沿轴向移动。采用传动片式的传力方式，由弹 簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。 (2）压盘几何尺寸的确定 确定了摩擦片内外径，与摩擦片相接合的压盘的内外径也就确定下来了。选择压盘厚度为 16径 287径 153 因此压盘几何尺寸归结为确定它的厚度，压盘厚度的确定主要依据以下两离合器规格 D/ 210 210 250 325 210 昌航空大学士学位论文 17 点： 1 压盘应具有足够的质量 在离合器的接合过程中，由于滑磨的存在，每接合一次的过程中都要产生大量的热，而每次接合的时间又短 (大约 3s 左右 )， 因此热量根本来不及全部传到周围空气中去，必然导致摩擦副的温升。在使用频繁和艰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下降，加剧磨损，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的烧损。由于用石棉 (或其他有机物 )材料制成的摩擦片导热很差，在滑磨过程中所产生的热主要有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，故要求压盘具有足够大的质量来吸收热量。 2 压盘应具有较大的刚度 压盘应具有足够大的刚度和合理的结构形状，以保证在受热的情况下不致因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，压盘一般都做的比较厚 (一般不小于 10而且在内缘做成一定锥度以弥补压盘因受热变形后内缘的凸起。此外，压盘的结构设计还应注意加强通风冷却，如双片离合器的中间压盘体内开有许多径向通风孔，近年来这种结构也开始在单片离合器的压盘中采用。 在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为 16 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 8 10。若温升过高，可适当增加压盘的厚度。 校核计算 公式，由参考文献 4得出： t = 4 式中， )，不超过 8 10； 铁： c=( )； 为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘： =双片离合器压盘： =间压盘： = 其中压盘质量： 2 2 9 32 8 7 1 5 3( ) ( ) 1 6 1 0 7 . 8 1 0 3 . 522m k g （ 4 南昌航空大学士学位论文 18 整备质量 665动半径 R=车起步时发动机转速000r/减速器传动比 速器最大的传动比 故滑磨功为 222201800m （ 4 将各参数代入式（ 4得 t = 符合标准 ，所以压盘设计合理 (3）压盘传动片的材料选择 压盘形状一般比较复杂而且还需要耐磨，传热性好具有较高 的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为 227，其摩擦表面的光洁度不低于 了增加机械强度，还可以另外增加少量合金元素。在本设计中用材料为 3号灰铸铁 作表面光洁度取为 离合器盖与飞轮用螺栓固定在一起，通过它传递发动机的一部分扭矩给压盘，此外它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支撑壳体。 在设计时，一般采用厚 2. 5 5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。 为了减轻重量和增加刚度，轿车的离合器盖常用厚度 3 508钢板）冲压成比较复杂的形状。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。 动片布置 采用传动片
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