汽车离合器设计论文

成人教育毕业论文论文题目汽车离合器的设计专业名称机械工程及自动化学生姓名周凌芳指导教师姓名张超峰指导教师职称_副教授_院系（点）_无锡总工会干校_日期2015年5月18日江南大学成人教育毕业论文任务书一、论文题目汽车离合器的设计二、专业名称机械工程及自动化三、班级13本科机械四、学生姓名周凌芳五、指导老师张超峰六、论文开始时间2015年3月16日七、论文完成时间2015年5月18日八、院（站）签名_无锡总工会干校年月日摘要本设计叙述了汽车离合器的发展现状和它的工作原理，在此过程中，经过对比结合，初步确定了合适的离合器结构形式，选取了拉式膜片弹簧离合器，并且带有扭转减振器，为后面的计算提供了理论基础。主要分析了膜片弹簧离合器，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，并成功的绘制出了膜片弹簧离合器的成品图。在计算中，首先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与校核，对压盘的设计与校核，对离合器盖的设计及离合器盖的优化。具体设计计算了摩擦片、扭转减振器、膜片弹簧、压盘等多个部件总成。在上述工作完成之后，通过计算机CAD软件的学习运用，对离合器总体装配图、从动盘总成、压盘、膜片弹簧、摩擦片进行了绘制，在绘制的过程中对离合器的装配又有了进一步的理解，并且完善了计算部分的遗漏。关键词离合器、从动盘、膜片弹簧、CAD目录第1章绪论111引言112汽车离合器结构的发展113离合器的功用214离合器的基本结构原理315离合器的基本要求516膜片弹簧离合器概述517膜片弹簧离合器的组成618膜片弹簧支承形式719拉式膜片弹簧离合器的优点7第2章离合器结构方案选取及参数计算921离合器车型的选择922离合器摩擦片参数的确定10221摩擦片参数的选择1023膜片弹簧的设计14231膜片弹簧的结构特点14232膜片弹簧变形特性和加载方式15233膜片弹簧的弹性变形特性15234膜片弹簧的参数尺寸确定17235膜片弹簧的基本参数的选择17第3章扭转减振器的设计1931扭转减震器概述1932扭转减振器的主要参数21321扭转刚度K21322阻尼摩擦转矩T21323预紧转矩TN22324减振弹簧的位置半径R022325减振弹簧个数ZJ22326减振弹簧总的工作负荷F2333减振弹簧的计算23331减振弹簧的分布半径R123332单个减振器的工作压力P23333减振弹簧尺寸23第4章离合器其他主要部件的结构设计2641从动盘总成2642从动盘毂的设计2743从动片的设计2944离合器盖结构设计2945压盘的设计要求2946压盘的结构设计与选择30第5章离合器的分离装置3251分离杆3252分离轴承及分离套筒32结论33参考文献34致谢351第1章绪论11引言在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，无论是AMT或MT。离合器都作为一个独立的部件而存在。虽然发展自动传动系统是汽车传动系的发展趋势，但有人指出根据德国出版的2003年世界汽车年鉴，2002年世界各国114家汽车公司所产的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3653；若考虑到商用车中更多的采用手动变速器，手动挡汽车目前仍然是世界车款的主流。谈到未来，考虑传动系由MT向自动传动系过度，采用AMT技术其产品改造较为容易，因此AMT技术是自动传动系统有力的竞争者。可以说，从目前到将来离合器这一部件都将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。12汽车离合器结构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1869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控做成椎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二十世纪二十年代中叶，对当时来说，追行离合器的制造比较容易，摩擦面容易修复。它的摩擦材料曾用过驼毛带、皮革带等。那时也曾出现过蹄鼓式离合器来替代锥型离合器。无论是锥形离合器还是蹄鼓式离合器，都容易造成分离不彻底甚至出现住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十多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。多片式离合器的最主要的优点是，在汽车起步是离合器的结合比较平顺，无冲击。早期的设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对这一个青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能打到更为满意的性能。浸在油中的盘式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速是把有甩掉。此外，油也容易把金属盘片黏住，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。石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘式离合器可以传递更大的扭矩，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，因而可以减小摩擦片数，这是由于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有与锥形离合器相类似的问题，即离合器结合是不够平顺。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2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，这和前面提到的与发明了石棉基摩擦材料面片有关。但是那是相当一段时间内，由于技术上的缺陷，造成了单片式离合器再结合是不够平顺等问题。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，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（一般至少6个），沿着圆周布置直接压在压盘上，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，使得压盘上弹簧的工作压力分部更均匀，并减小了轴向尺寸。多年的实践经验和技术上的改进是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，而且由于在节后上采用一点措施，已能做到接合平顺，因此现在广泛用于大中小各类车型中。如今单片干式摩擦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，提高了离合器的结合平顺性。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，减小了传动系噪声和动载荷。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，能有效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（现在离合器从动盘的直径已达430MM），离合器的使用条件日酷一日，增加离合器扭转能力，提高其使用寿命，简化操作，已成为重型离合器当前的发展趋势。为了提高离合器的扭转能力，在重型汽车上可采用双片式干式离合器。从理论上讲，在相同的径向尺寸下，双片式离合器的扭转扭转能力和使用寿命是单片的1倍。但受到其他客观因素的影响（如散热等），实际的效果要比理论值低一些。结构上采用拉式膜片弹簧的离合器，其允许的扭转能力要比其他的结构形式大。从动盘采用金属陶瓷的离合器要比一般有机片摩擦材料的离合器扭转能力要提高30，而使用寿命至少要提高70以上。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型牵引汽车合资卸汽车上又开始采用多片湿式离合器。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至烧损摩擦片。据报道，该种离合器有着良好的起步能力，其寿命可达干式离合器的56倍。13离合器的功用离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为300500R/MIN，而汽车则只3能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。14离合器的基本结构原理全套离合器应有两部分组成离合器和离合器操纵就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结构上应有下列部分组成主动件、从动件、压紧弹簧和分离杠杆。基本结构原理如下压盘、分离杆和压紧弹簧一起组装在离合器盖内，俗称离合器盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机的飞轮上。飞轮和压盘为主动件，发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮和压盘之间为从动盘总成，它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入扭矩，并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩。压紧弹簧通过压盘把从动盘总成紧紧压在飞轮上，形成工作压力。当发动机工作带动飞轮和压盘一道旋转式，通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力，带动从动盘总成旋转，完成扭矩的输出。离合器通常总是处于接合状态。当需要切断动力是，驾驶员通过离合器操纵系统中的踏板，并通过操纵传动杆系及分离拨叉推动分离套筒向前，消除间隙，使分离杠杆在离合器盖上的支点转动，克服压紧弹簧的工作压力后，压盘向后移动，从动盘总成和压盘脱离接触。离合器分离时，从动盘不再输出扭矩。分离套筒向左移动时，在消除间隙后，输出轴受到了制动，转速很快下降。此种状态称为离合器制动，其目的是为了容易换挡。但这种离合器4制动主要用在重型离合器上，一般离合器不一定采用。分离杆和分离轴承之间的间隙通常是需要的，因为从动盘总成因摩擦面磨损后会使压盘向左移动，如果这一移动受到分离轴承的限制，就会导致压盘不能很好地压紧摩擦面，从而造成从动盘在扭转时发生打滑现象。离合器使用一段时间后由于间隙消失需要重新调整。现今许多离合器都设计有自动调整间隙的结构，此时间隙就可以为零，并能在任何时候都保持零间隙而不影响力和其正常工作。这样就可省却使用中需要经常调整间隙的麻烦。如图11所示，离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮2和压盘借摩擦作用传给从动盘3，再通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分离叉、分离套筒和分离轴承8，将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间是以离合器盖5上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘向左，这样，从动盘3两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就推动压盘向右，仍将从动盘3压紧在飞轮上2，这样发动机的扭矩又传入变速器。图11离合器总成1轴承2飞轮3从动盘4压盘5离合器盖螺栓6离合器盖7膜片弹簧8分离轴承9轴5图12离合器结构原理示意图离合器是一个传动机构，它有主动部分和从动部分，两部分可以暂时分离也可以逐渐结合，并且在传动过程中还有可能产生相对转动，所以，离合器的主动件和从动件之间会依靠接触摩擦来传递扭矩，或者是利用摩擦所需要的压紧力，或者是利用液体作为传动介质，或者是利用磁力传动等方式来传递扭矩。15离合器的基本要求（1）在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的转矩储备，又能防止过载。（2）接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。（3）分离时要迅速、彻底。（4）从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换档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效果，以保证工作温度不致过高，延长寿命。操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。（6）具有足够的强度和良好的动平衡，应注意平衡并免受离心力的影响。（7）操纵轻便，工作性能稳定、使用寿命长。16膜片弹簧离合器概述膜片弹簧离合器是用膜片弹簧代替了一般螺旋弹簧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。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6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。由于膜片弹簧离合器有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平在不断提高，因而这种离合器在汽车上用得越来越广。但膜片弹簧离合器设计、制造技术要求比周置螺旋弹簧离合器高，如设计、制造不当，其性能可能还不如普通螺旋弹簧离合器。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。17膜片弹簧离合器的组成每一个离合器都是由以下的部分组成的（1）主动部分飞轮、压盘、离合器盖等；（2）从动部分从动盘、从动轴（即变速器第一轴）；（3）压紧部分膜片弹簧；（4）操纵机构分离杠杆、分离杠杆支撑柱、摆动销、分离套筒、分离轴承、离合器踏板等。膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。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，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。1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7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。2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。3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。4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。18膜片弹簧支承形式膜片弹簧离合器，按其分离轴承运动的方向可分为推式和拉式两种。拉式离合器和推式离合器的结构区别膜片弹簧安装时和推式相反，膜片弹簧的小端向内凹；拉式膜片弹簧离合器的膜片弹簧是在最外端外侧与离合器盖接触的，接触处只有1个支撑环，而推式结构有两个；拉式膜片弹簧与压盘凸台的接触相对靠里；拉式的分离轴承与分离指总是要连在一起才能实施离合动作。离合器分离时，向外拉分离轴承，分离指绕支撑环转动，使膜片弹簧与压盘凸块不再接触。19膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能良好，使用可靠性高寿命长，结构简单、紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下，有以下优点（1）结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；（2）膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；（3）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；（4）高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；8（5）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；（6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好；（7）离合器分离彻底；（8）从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；（9）散热性能好、操纵轻便、使用寿命长；（10）高速回转时具有可靠强度；（11）避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；9第2章离合器结构方案选取及参数计算21离合器车型的选择车型马自达31、整车质量（KG）13862、最大扭矩/转速（NM/RPM）108/65003、主减速器速比43884、一档速比34545、车轮滚动半径（MM）300摩擦离合器是靠存在于主、动部分摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机扭矩的离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可表示为CCFFZRT121式中F为摩擦面间的摩擦因数；F为压盘施加在摩擦面上的工作压力；RC为摩擦片的平均摩擦半径；Z为摩擦面数；单片摩擦离合器Z2，双片摩擦离合器Z3。假设摩擦片上工作压力均匀，则有42200DDAF22式中P0为单位压力；D为摩擦片外径；D为摩擦片内径。摩擦片的平均摩擦半径RC根据压力均匀的假设，可表示为23当D/D06时，RC可相当准确地由下式计算24则有32233DDDDRC4DDRC112330CDFZTC1025式中，C为摩擦片内外径之比，CD/D，一般在053070之间。为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时TC应大于发动机最大转矩，即TCMAXET226式中，为发动机最大MAXET转矩，为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于1。摩擦系数由静摩擦系数和动摩擦系数之分，一般静摩擦系数大于动摩擦系数。因为通常要利用离合器的摩擦打滑来使汽车起步，这是利用摩擦传动的关键，故一般计算离合器的转矩容量时应取动摩擦系数。但在实际使用上希望静摩擦系数不要比所使用的动摩擦系数大很多，过大对防止传动系过载不利。离合器基本参数的选择基本参数主要有性能参数和0，尺寸参数D和D及摩擦片厚度B。以及结构参数摩擦面数Z和离合器间隙T，最后还有摩擦因数F。22离合器摩擦片参数的确定在初步确定离合器的结构型式（如单片、采用有机面片、膜片弹簧等）之后，就要确定其基本结构尺寸、参数，根据相关公式如下所示（1）摩擦片外径D；（2）单位压力P0；（3）后备系数。在选定这些尺寸参数时，下列一些车辆参数对它们有重大影响（1）发动机最大转矩MAXET；（2）整车总质量MA；（3）传动系总的速比（变速器的转动比主减速器速比）I（4）车轮滚动半径RK。221摩擦片参数的选择1）初选摩擦片外径D、内径D、厚度B摩擦片外径是离合器基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和寿命，它和离合器所需传递转矩大小有一定关系。显然，传递大的转矩，就需要有大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，有如下公式可供参考DMMMMATE5815147108100100MAX（27）式中，MAXET为发动机最大转矩，取MNT108MAX；A为反映了不同结11构和使用条件对D的影响系数，可参考如下小轿车取A47；按MAXET初选D以后，还要注意摩擦片尺寸的系列化和标准化，表21为我国摩擦片尺寸的标准。表21离合器摩擦片尺寸系列和参数摩擦片标准系列尺寸，取D200MM,D140MM,B35MM,C07002）后备系数后备系数保证了离合器能可靠地传递发动机转矩的同时，还有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。汽车离合器的后备系数推荐如下小轿车1213由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，故初取12。3）离合器转矩容量CT10831MAXET1404MN4）单位压力0P在一定意义上来说，0P的大小反映了离合器的使用寿命，0P越小，寿外径D/MM160180200225250280300325350380405430内径D/MM110125140150155165175190195205220230厚度B/MM32353535353535354444CD/D0687069407000667062005890583058505570540054305351C3067606670657070307620796080208000827084308400847单位面积106132160221302402466546678729908103712命越长；0P越大，寿命越短。从而在确定摩擦片上的单位压力0P的值，应和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等因素有关。当离合器使用频繁,工作条件比较恶劣（例如城市公共汽车和矿用载重车）时，单位压力P较小为好。因为只有降低单位压力，增大摩擦面积，加大容许的磨损耗的体积，增加使用磨耗量，才能延长使用时间。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力0P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力0P应随摩擦片外径的增加而降低。选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。对于采用有机材料作为基础的摩擦面片，下列数据可以作为参考对于小汽车，D230MM时，0P约为025MPA；D230MM时，0P可由下式选取1123330DDZDFPTC20014012002304140121123333330DDZDFTPCAMP230式中，F为摩擦因数取03；0P为单位压力（AMP）；Z为摩擦面数取2；D为摩擦片外径取200MM；D为摩擦片内径取140MM；表22摩擦片单位压力P0的取值范围可供参考表22摩擦片单位压力0P的取值范围摩擦片材料单位压力0P/MPA石棉基材料模压015025编织025035粉末冶金材料铜基035050铁基金属陶瓷材料070150摩擦片材料选择石棉基材料，0P为单位压力025AMP，F为摩擦因数取03。摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车13的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求（1）应具有稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小；（2）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨；（3）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好；（4）热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦；（5）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面；（6）油水对摩擦性能的影响应最小；（7）结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象。由以上的要求,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在03左右,在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦片。5）离合器基本参数的校核（1）最大圆周速度SMSMDNVED/70/6810200650060106033MAX（28）式中，DV为摩擦片最大圆周速度（M/S）；MAXEN为发动机最高转速取6500R/MIN；D为摩擦片外径径取200MM，故符合条件。（2）单位摩擦面积传递的转矩C0T0CT422DDZTC1402002414042200430NM/2MM（29）式中，CT为离合器传递的最大静摩擦力矩1404MN；当摩擦片外径D210MM时，0CT028NM/2MM00043NM/2MM，故符合要求。（3）单位压力0P为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力0P的最大范围为015035MPA。由于已确定单位压力0P025MPA，在规定范围内，故满足要求。14（4）单位摩擦面积滑磨功摩擦离合器从动盘摩擦片的磨损，是影响力其使用寿命的主要原因，对于一定的摩擦材料，摩擦片的磨损量与滑磨功大小有关，但同时受摩擦表面的温度和滑磨速度影响。为了减少汽车起步过程中离合器的滑磨，防止摩擦片表面温度过高而发生烧伤，离合器每一次结合的单位摩擦面积滑磨功W应小于其许用值W。汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功J为W1800N2E22G202RAIIRM18002000143222223454388403138611898J式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功J（1）MA为汽车总质量取1386KG；（2）RR为轮胎滚动半径03M；（3）IG为汽车起步时所用变速器档位的传动比4388；（4）I0为主减速器传动比3454；（5）NE为发动机转速R/MIN,乘用车NE取2000R/MINW422DDZW140200214311898422037式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功取11898J，满足W2,则ER35010以上23326减振弹簧总的工作负荷F从动盘股法兰上缺口中的间隙消除时，减振弹簧压缩到极限时的工作负荷。此时扭转减振器所能传递的扭矩极为极限扭矩TJ当减振弹簧传递的转矩达到最大值TJ时，减振弹簧受到的压力F为FTJ/R0216/4631046957KN（36）33减振弹簧的计算在初步选定减振器的主要参数以后，即可根据布置上的可能来确定和减振器设计相关的尺寸。331减振弹簧的分布半径R1R1的尺寸应尽可能大些，一般取R1060075D/2（37）式中，D为离合器摩擦片内径故R1065/2065140/2455MM，即为减振器基本参数中的R0。332单个减振器的工作压力PPF/Z46957/67766N（38）333减振弹簧尺寸1）弹簧中径DC其一般由布置结构来决定，通常DC1115MM故取DC12MM2）弹簧钢丝直径DD38PDC5801267768345MM（39）式中，扭转许用应力可取550600MPA,故取为580MPA。通常D34MM，D取35MM。3）减振弹簧刚度K应根据已选定的减振器扭转刚度值K及其布置尺寸R1确定，即KN211000RK/2221610461000280823MMN24（310）4）减振弹簧有效圈数I3334343410222110128105310388KDGDIC40（311）式中，G为材料的剪切弹性模量，对碳钢可取G83410MPA。5）减振弹簧总圈数N其一般在6圈左右，与有效圈数I之间的关系为NI1526（312）减振弹簧最小高度指减振弹簧在最大工作负荷下的工作长度，考虑到此时弹簧的压缩各圈之间仍需留一定的间隙，可确定为DNDNL11MIN231MM（313）弹簧总变形量指减振弹簧在最大工作负荷下所产生的最大压缩变形，为513222162776KPLMM（314）减振弹簧自由高度0L指减振弹簧无负荷时的高度，为0LLLMIN2313512661MM（315）减振弹簧预变形量指减振弹簧安装时的压缩变形，它和选取的预紧力矩有关，为1KZRTLN4662221100164MM（316）减振弹簧安装工作高度L它关系到从动盘股等零件窗口尺寸的设计，为250LLL26610164264MM（317）6）从动片相对从动盘毂的最大转角最大转角和减振弹簧的工作变形量LLLL有关，其值为2/ARCSIN21“RL416976（318）7）限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙1SIN21R（319）式中，2R为限位销的安装尺寸。1值一般为254MM。所以可取1为38MM,2R为52MM8）限位销直径DD按结构布置选定，一般D9512MM。可取D为10MM由以上分析与计算可得扭转减振器的相关参数如表32表32扭转减振器相关参数极限转矩TJ阻尼摩擦转矩T预紧转矩TN减振弹簧的位置半径R0减振弹簧个数ZJ216NM108NM10NM46MM626第4章离合器其它主要部件的结构设计41从动盘总成从动盘有两种形式带扭转减振器的和不带扭转减振器的。结构简单，重量较轻。但现今汽车上几乎无一例外的采用带扭转减振器的从动盘，用以避免汽车传动系的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车起步平稳。无论从动盘是否带有减震器，它们都有从动片、摩擦片和从动盘股等3个基本组成部分。不同之处在于，不带扭转减振器的从动盘中从动片直接铆焊在从动盘股上。从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，由下图41可以看出，摩擦片1，13分别用铆钉14，15铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片5用限位销7和减振盘12铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片5和减振盘12上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片和减振盘之间的从动盘毂8法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片6，9。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。图41带扭转减振器的从动盘1，13摩擦片；2，14，15铆钉；3波形弹簧片；4平衡块；5从动片；6，9减振摩擦；7限位销；8从动盘毂；10调整垫片；11减振弹簧；12减振盘27从动盘总成设计时应注意满足以下几个方面的要求（1）为了减少变速器换挡时轮齿间的冲击，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部均匀，从动盘应具有轴向弹性；（3）为了避免传动系的扭转共振仪疾患和冲击载荷，从动盘中英装有扭转减振器；（4）要有足够的抗暴裂强度。42从动盘毂的设计发动机转矩是经从动盘股的花键孔输出，变速器第一轴花键轴就插在该花键孔内。从动盘股和变速器第一轴的花键结合方式，眼下都采用齿侧定心的巨型花键，花键之间为动配合，这样，在离合器分离和结合过程中，从动盘股就能在花键轴上自由滑动。从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩TMAXE。从动盘的轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1014倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40CR等），并经调质处理。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺对减振弹簧窗口及从动片配合，应进行高频处理。花键选取后应进行挤压应力J（MPA）及剪切应力J（MPA）的强度校核222MAXJJ8ETDDZNL（41）2MAX415JJETDDZNLB（42）式中，Z为从动盘毂的数目28表41离合器从动盘毂花键尺寸系列根据摩擦片的外径D200MM、发动机的最大转矩TEMAX108NM，由表41查得N10，D29MM，D23MM，B4MM，L25MM，J113MPA，则由公式校核得J103MPAJ118MPA。J79MPAJ15MPA。所以，所选花键尺寸能满足使用要求。有以上分析与计算可得表42所示的花键尺寸表42花键尺寸摩擦片外径D/MM发动机的最大转矩TEMAX/NM花键尺寸挤压应力J/MPA齿数N外径D/MM内径D/MM齿厚B/MM有效齿长L/MM160501023183201018070102621320118200110102923425113225150103226430115250200103528435104280280103532440127300310104032540107325380104032545116350480104032550132摩擦片外径D/MM发动机最大转矩TMAXE/NM花键尺寸挤压应力C/MPA齿数N外径D/MM内径D/MM齿厚T/MM有效齿长L/MM2001081029234251132943从动片的设计从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求1尽量减轻其重量，并使其质量的分布尽可能地靠近旋转中心，从而使从动盘的转动惯量尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，以减小磨损。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。，由于从动片有轴向弹性，从而保证了离合器所传递的转矩能平缓增大，这样就允许离合器在发动机较低的转速下接和，从而延长了摩擦片的使用寿命。3应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。具有轴向弹性的从动片有三种结构形式A、整体式弹性从动片B、分开式弹性从动片C、组合式弹性从动片采用整体式弹性从动片，离合器从动片采用2厚的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取200，内径由从动盘毂的尺寸决定。44离合器盖结构设计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转矩给压盘。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杆的支撑壳体。在设计时应特别注意以下几个问题1应具有足够的刚度，否则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，严重时使摩擦面不能彻底分离。2应对发动机飞轮曲轴中心线有良好的定心队中，以免影响总成的平衡和正常的工作。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窗孔，或在盖上加设通风扇片等。乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为3的低碳钢板（08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。45压盘的设计要求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。在摩擦片的尺寸确定后与它摩擦相接触的压盘内、外径尺寸也就基本确定下来了。这样。压盘几何尺寸最后归结为如何去确定它的厚度。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30的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述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。压盘厚度的确定主要依据以下两点1压盘应具有足够的质量,以增大热容量，减小温，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。2压盘应具有较大刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为1525MM。3与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于1520GCM。4压盘高度从承压点到摩擦面的距离公差要小。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁，一般采用HT200、HT250、HT300，硬度为170227HBS。46压盘的结构设计与选择TMCW（43）MV422DDH（44）TC422DDHW48147800421402200151189850495C（45）式中，W为汽车起步时离合器结合一次所产生的总滑磨功，取W11898J，为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘05；M为压盘质量KG；V为压盘估算面积；C为压盘的比热容，铸铁C4814J/KGC；为铸铁密度，取7800KG/M3；D为摩擦片外径取200MM；D为摩擦片内径取140MM；31H为压盘厚度，取15MM；T为压盘温升（C）。满足压盘温升不超过810C要求。32第5章离合器的分离装置51分离杆离合器的分离装置包括分离杆、分离轴承和分离套筒。在离合器分离和接合的过程中，踏板和压盘之间运动关系的最后环节是分离杆。周置螺旋弹簧离合器的分离肝属木一般采用36个。分离杆的结构形式与压紧弹簧的类型有着密切的关系，采用膜片弹簧作为压紧弹簧的离合器中，分离杆的作用有膜片弹簧中得分离指来完成。52分离轴承及分离套筒分离轴承在工作中主要承受轴向力。在分离离合器时，由于分离轴承的旋转，在离心力的作用下，它同时还承受径向力。所以在离合器中采用的分离轴承主要有两类径向推力轴承和推力轴承。在以往的设计中，分离轴承的内圈通常雅培在铸造的分离套筒上，而分离套筒则装在变速器第一轴承盖套管外轴颈上，可以自由移动，分离离合器是轴承内圈不动，外座圈旋转。在离合器处于接合状态时，分离轴承的端面与分离杆的内端之间应留有间43MM，以备在摩擦片磨损的情况下，分离杆内端后退而不致妨碍压盘继续压紧摩擦片，以保证可靠地传递发动机转矩。这个间隙反应在踏板上为一段自由行程。先进离合器操纵中常装有间隙自动调整装置，则0，踏板自由行程可减小。在膜片弹簧离合器中，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀抵压紧膜片弹簧内端，有时可采用可以自动调准中心的分离装置。轴承的自动调心作用是当膜片弹簧分离指接触圆的旋转轴线与分离轴承工作圈的旋转轴线有偏移时，分离轴承再选专利的作用下会自动地径向浮动到与离合器膜片弹簧分离指接触圆的同轴位置上，从而完成调心过程。轴承套筒座使用尼龙和玻璃纤维材料模压成型，为了减轻摩擦磨损，制作是在套筒座中加有1的二硫化钼，起着自润滑的作用。套筒座的内孔开有矩形键槽，目的是减少滑动阻力，减缓来自变速器轴承盖套筒管的振动，同时也起到通风散热和导屑的作用。33结论本次设计不同以往，指导老师采用了“学生自己选择、