膜片式离合器的设计 毕业设计

无锡职业技术学院毕业设计说明书0膜片式离合器的设计摘要离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式不同而已。现在，电子技术也进入了离合器系统。一种由控制单元（ECU）控制的离合器已经应用在多款的轿跑车上。关键词从动盘总成传动系膜片弹簧非线性弹性特性DIAPHRAGMTYPECOUPLINGSDESIGNABSTRACTTHECOUPLINGINSTALLSBETWEENTHEENGINEANDTHETRANSMISSIONGEARBOX,THEAUTOMOBILEFROMTHESTARTTOTHETRAVELENTIREPROCESS,NEEDSTOUSETHECOUPLINGFREQUENTLYITSFUNCTIONISCAUSESBETWEENTHEENGINEANDTHETRANSMISSIONGEARBOXCANJOINGRADUALLY,THUSGUARANTEEDTHATTHEAUTOMOBILESTARTSSTEADILYSHUTSOFFBETWEENTHEENGINEANDTRANSMISSIONGEARBOXSRELATIONTEMPORARILY,ISADVANTAGEOUSSHIFTSGEARSANDREDUCESSHIFTSGEARSTHETIMEIMPACTWHENAUTOMOBILEEMERGENCYBRAKECANPLAYTHESEPARATIONROLE,PREVENTSTRANSMISSIONSYSTEMSANDSOONTRANSMISSIONGEARBOXTOOVERLOAD,PLAYSCERTAINPROTECTIVEFUNCTIONTHECOUPLINGSIMILARSWITCH,THEJOINTORBREAKSTOTHEPOWERTRANSMISSIONFUNCTION,THEREFORE,ANYFORMSAUTOMOBILEHASTHEENGAGINGANDDISENGAGINGGEAR,ISONLYTHEFORMISDIFFERENTNOW,THEELECTRONICTECHNOLOGYALSOENTEREDTHECOUPLINGSYSTEMONEKINDTHECOUPLINGWHICHECUCONTROLLEDBYTHECONTROLUNITALREADYAPPLIEDONMANYPATTERNSSEDANRACECARKEYWORDSDRIVENDISCUNIT,POWERTRANSMISSION,DISKSPRING,MISALIGNMENTELASTICPROPERTY无锡职业技术学院毕业设计说明书1目录一、离合器简介311离合器的功用312离合器设计要求413离合器的分类4二、离合器的工作原理及过程521离合器的工作原理522离合器的工作过程6三、离合器的结构形式1231摩擦离合器的类型分类1232膜片弹簧离合器的构造和工作理1333周布弹簧离合器1334中央弹簧离合器18四、离合器结构的选择2041从动盘盘的选择2042压紧弹簧和布置形式的选择2143从动盘总成2344离合器盖总成24五、膜片弹簧离合器基本参数和主要尺寸的选择2551摩擦尺寸的选择2553碟形弹簧的计算3154膜片弹簧的具体计算3255花键的强度校核3456铆钉的强度校核35六、结论37七、致谢38八、参考文献39无锡职业技术学院毕业设计说明书2一离合器简介11离合器的功用汽车传动系的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动轮。离合器是汽车传动系中直接与发动机相联系的部件。在汽车起步前，先要起动发动机，这时应使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动轮之间联系断开，以卸除发动机负荷。待发动机已起动并开始正常的转速运转后，方可将变速器挂上一定档位，使汽车起步。汽车起步时，汽车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系（它联系着整个汽车）与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，汽车将突然向前冲动一下，但并未能起步。这是因为汽车从静止到前冲时，产生很大惯性力。对发动机造成很大的阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低转速（一般为300500R/MIN）以下，发动机即熄火而不能工作，当然汽车也不能起步。离合器的首要功用是保证汽车平稳起步。在传动系中装设了离合器后，在发动机起动后，汽车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器逐渐接合，在离合器逐渐接合过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速以上，不致熄火。由于离合器的接合紧密程度增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加。到牵引力足以克服起步阻力时，汽车即从静止开始运动并逐步加速。离合器的另一项功用是保证传动系换档时工作平稳。在汽车行使过程中，为了适应不断变化的行使条件，传动系经常要换用不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其它挂档机构，使原用档位的某一齿轮副退出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原用档位的齿轮副脱开，同时有可能使新档位齿轮副的啮合部位的速度逐渐相等（同步），这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻。离合器的第三功用是防止传动系过载。当汽车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性相连而急剧降低转速，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出大最大转矩），对传动系造成超过其承载能力的载荷,而是其机件损坏。有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。无锡职业技术学院毕业设计说明书3欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该是这样一个传动机构，其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。所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器），或是利用液体作为传动的介质（液力耦合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。在摩擦离合器中，为产生摩擦所需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用或电磁吸力。12离合器设计要求离合器的具体结构，首先，应在保证发动机最大转矩的前提下，满足两个基本性能要求1分离彻底；2接合柔和。1）离、合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠。2）结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。3）接合元件耐磨性高，使用寿命长，散热条件好。4）操纵方便省力，制造容易，调整维修方便其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。离合器的功用之一是当变速器换档时，中断动力传递，以减轻齿轮冲击。如果与变速器主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好的起到减轻齿轮间冲击的作用。此外，还要求离合器散热良好。因为在汽车行驶过程中，驾驶员操纵离合器的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量的热。离合器接合愈柔和，产生热量愈大。这些热量如不及时地散发，对离合器的工作将产生严重影响。摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面间的压紧力和摩擦系数，以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩，可选用摩擦系数较大的摩擦材料，或适当加强压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸。13离合器的分类摩擦离合器根据从动盘的数目可分为单盘离合器、双盘离合器和多盘离合器。采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧，并安置在中央的离合器则称为中央弹簧离合器。还有一种采用膜片弹簧作为压紧弹簧的，称为膜片弹无锡职业技术学院毕业设计说明书4簧离合器。二离合器的工作原理及过程21离合器的工作原理离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质液力偶合器，或是用磁力传动电磁离合器来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器简称为摩擦离合器。发动机发出的转矩，通过飞轮及压盘与从动盘接触面的摩擦作用，传给从动盘。当驾驶员踩下离合器踏板时，通过机件的传递，使膜片弹簧大端带动压盘后移，此时从动部分与主动部分分离。图21所示为摩擦离合器中的两种压紧弹簧（膜片弹簧和螺旋弹簧）的弹性特性，在离合器盖总成中的螺旋弹簧处于压紧状态，其弹性特性的曲线如图无锡职业技术学院毕业设计说明书5中曲线1所示。膜片弹簧弹性特性曲线如图中曲线2所示。假如所设计的两种离合器的压紧力均相同，即压紧力均为,轴向压紧变形量为。当摩擦片磨BPA损量达到容许的极限值时，弹簧压缩变形量减小到。此时螺旋弹簧压紧力便降低到，两值相差较大，将使离合器中的压紧力不足而产生滑磨，APB而膜片弹簧压紧力则只降低到与相差无几的，使离合器仍能可靠得工作。BA当离合器分离时，如两种弹簧的进一步压缩均为，由图可知，膜片弹簧所需的作用力为不螺旋弹簧所需的作用力减小约20。可见，膜片弹簧离合CCP器操纵轻便。图21离合器两种压紧弹簧的弹性曲线显然在离合器中采用膜片弹簧作压紧弹簧有很多优点。首先，膜片弹簧具有压紧弹簧和分离杠杆的作用，使得离合器的结构大为简化，质量减小，并显著得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，摩擦片的接触良好，磨损均匀。另外，由于膜片弹簧具有上述的非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，仍能可靠得传递发动机的转矩，而不产生滑磨。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，因膜片弹簧是一种旋转对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少。而螺旋弹簧在高速时，因受离心力作用会产生横向饶曲，弹无锡职业技术学院毕业设计说明书6簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力。22离合器的工作过程221离合器的接合过程离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。当离合器接合时，主、从摩擦元件总是经历转速不等到转速一致的摩擦过程。在交通繁忙的城市使用条件下，离合器频繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨损，滑磨产生的热量使压盘和飞轮等零件的温度升高。若摩擦表面温度过高，将加剧摩擦片磨损，降低离合器使用寿命。离合器在起步过程中的滑磨比换档时严重得多，而离合器滑磨的严重程度常用滑磨功来衡量，以下讨论起步时离合器的接合过程和滑磨功。图22离合器的接合过程的力学模型图22为讨论汽车起步时离合器接合过程的力学模型为发动机旋转部EJ分和离合器主动部分的总转动惯量为简化到离合器从动轴上的当量转动惯NJ量在计算时，为简便起见，忽略从离合器从动盘到驱动轮全部旋转零件的NJ转动惯量的影响，仅把看成汽车平移质量，即汽车总质量换算到离合器从NJAM无锡职业技术学院毕业设计说明书7动轴上的转动惯量根据动能相等的原理，有此式表明，离合器在上述假定条件下的滑磨功等于汽车在起步过程中获得的动212离合器的工作过程图24摩擦；离合器的工作原理无锡职业技术学院毕业设计说明书81飞轮，2从动盘，3踏板，4压紧弹簧，5从动轴，6从动盘毂如图24所示为摩擦离合器的工作原理和构造示意图发动机飞轮1是离合器的主动件。带有摩擦片的从动盘2和从动盘毂6借滑动花键与从动轴5即变速器的主动轴）相连。压紧弹簧4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统中一系列部件传给驱动车轮。弹簧4的压紧力愈大，则离合器所能传递的转矩也愈大。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，故汽车离合器的主动部分和从动部分应经常处于接合状态。摩擦副采用弹簧压紧装置即是为了适应这一要求。欲使离合器分离时，只要踩下离合器操纵机构中的踏板3，套在从动盘毂6的环槽中的拨叉便推动从动盘克服压紧弹簧的压力向右移动，而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力传递。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4压力作用下，向左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。摩擦离合器所能传递的最大转矩取决于摩擦面间的最大静摩擦力矩，而后者又由于摩擦面最大压紧力和摩擦面尺寸及性质决定。故对于一定结构的离合器来说，静摩擦力矩是一个定值。输人转矩达到此值，则离合器将打滑，因而限制了传动系统所受转矩，防止超载。三离合器的结构形选择由离合器的工作原理可以看出，摩擦离合器基本上由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传递动力的基本结构。而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。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求无锡职业技术学院毕业设计说明书91）在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并具有适当的转矩储备。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）作用在从东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。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。汽车离合器大多是盘形摩擦离合器，按其从动盘数目可分为单片、双片和多片三类；根据压紧弹簧布置形式不同，可分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受到作用力的方向不同，可分为拉式和推式两种形式。31摩擦离合器的类型分类摩擦离合器，随着所用摩擦面的数目（从动盘的数目）、压紧弹簧的形式及安装位置，以及操纵机构形式的不同，其总体构造也有差异。摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面间的压紧力和摩擦系数，以及摩擦面的数目和尺寸。1摩擦离合器按从动盘的数目分单盘离合器和双盘离合器。单盘离合器具有一个从动盘，其前后两面都装有摩擦衬片，因而它有两个摩擦表面。对于轿车和轻型货车而言，因发动机最大转矩数值一般不太大，可足以满足传递最大转矩的要求。双盘离合器对中、重型汽车而言，要求离合器所传递的最大转矩更大。无锡职业技术学院毕业设计说明书10这样，势必要采取一些措施来提高所传递最大转矩的能力。若欲增大离合器所能传递的最大转短，可选用摩擦系数较大的摩擦衬片材料，或适当加强压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸。但是，采用这几种结构措施，可能仍满足不了要求。因为摩擦系数的提高受到摩擦衬片材料的限制；磨擦面尺寸的增加又为发动机飞轮（离合器主动件之一）尺寸所限制；过分加大弹簧的压紧力，在采用螺旋弹簧的条件下，又将使操纵费力。在这种情况下，最有效的措施是增加摩擦面的数目，如增加一个从动盘，即采用具有两个从动盘的离合器，可使离合器所能传递的最大转矩增大一倍。2摩擦离合器按压紧弹簧的结相形分螺旋弹簧离合器和膜片弹簧离合器螺旋弹簧离合器按弹簧在压盘上的布置又分为周布弹簧离合器和中央弹簧离合器采用若干个螺旋弹簧作为压紧弹簧，井沿压盘（或从动盘）圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧（圆柱形螺旋弹簧或矩形断面的锥形螺旋弹簧），并与压盘（或从动盘）同心安置在离合器中央的，称为中央弹簧离合器。采用膜片弹簧作为压紧弹簧的称为膜片弹簧离合器32膜片弹簧离合器的构造和工作原理膜片弹簧离合器所用的压紧弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有一定锥度，中心部分开有许多均布径向槽的圆锥形弹簧片。膜片弹簧是碟形弹簧的一种，它可以看成由碟簧部分和分离指部分所组成（图31B）图（31A）所示为某微型汽车的膜片弹簧离合器在膜片弹簧8上，靠中心部分开有，18个径向切口，形成18个分离指，起弹性杠杆作用。膜片弹簧两侧有钢丝支承圈15，借6个铆钉9将其安装在离合器盖14上在离合器盖未固定到飞轮2上时，膜片弹簧不受力，处于自由状态，如图（31A）所示。此时离合器盖14与飞轮2安装面有一距离TO当将离合器盖用螺钉固定到飞轮上时（图31B），由于离合器盖靠向飞轮，钢丝支承圈15压膜片弹簧8使之发生弹性变形（锥角无锡职业技术学院毕业设计说明书11变小）。同时，在膜片弹簧外端对压盘4产生压紧力而使离合器处于接合状态。当一分离离合器时，公离轴承13左移（图31C），膜片弹簧被压在钢丝支承圈上，其径向截面以支承圈为支点转动（膜片弹簧呈反锥形），于是膜片弹簧外端右移，并通过分离弹簧钩7拉动压盘使离合器分离33周布弹簧离合器一、单盘周布弹簧离合器单盘周布弹簧离合器的构造图32所示为东风EQ1090E型汽车的单盘周布弹簧离合器的构造。发动机的飞轮2和压盘16是离合器的主动部分。离合器盖19和压盘之间是通过四组传动片33来传递转矩的。传动片用弹簧钢片制成，每组两片，其一端用铆钉32铆在离合器盖19上，另一端则用螺钉34与压盘连接，离合器盖用螺钉固定在发动机的飞轮上。因此压盘能随飞轮一起旋转。在离合器分离时，弹性的传动片产生弯曲变形（其两端沿离合器轴向作相对位移）。为使离合器分离时不至于破坏压盘的对中和离合器的平衡，四组传动片是相隔900沿圆周切向均匀分布的。在飞轮2和压盘16之间装有一片带有扭转减振器的从动盘。从动盘由从动盘毂10和从动盘本体4组成。从动盘本体的两面各铆有摩擦片5。从动盘毂10的花键孔套在从动轴（即变速器主动轴）11前端的花键上，并可在花键上作轴向移动。16个沿圆周分布的螺旋弹簧31将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在中间，使离合器处于接合状态。这样，在发动机工作时，发动机的转矩一部分将由飞轮经与之接触的摩擦片直接传给从动盘本体；另一部分则由飞轮通过8个固定螺钉传封离合器盖19，并由此经四组传动片传到压盘，最后也通过摩擦片传给从动盘本体。从动盘本体再将转矩通过从动盘毅的花键传给从动轴I1，由此输人变速器。离合器须与曲轴飞轮组组装在一起进行动平衡校正。为了在拆下离合器后重新组装时保持动平衡，离合器盖与飞轮的相对角位置由定位销17定位。无锡职业技术学院毕业设计说明书12无锡职业技术学院毕业设计说明书13二、双盘周布弹黄离合器无锡职业技术学院毕业设计说明书14为了增大离合器所能传递的转矩，并考虑到飞轮的径向尺寸有限，在重型货车上广泛采用了双盘离合器。图所示为黄河JN1181C13型汽车双片离合器的构造其主动部分由飞轮、压盘、中间压盘及离合器盖16组成，两个从动盘3和4夹在飞轮、中间压盘及压盘的中间。离合器中沿圆周均布12个压紧弹簧，使压盘和中间压盘紧紧地压向飞轮中间压盘的边缘上有四个缺口，飞轮上的四个定位块即嵌装在这四个缺口中，用以传递发动机的转矩，同时保证中间压盘的正确位置。这种传力方法与前述的用传力片传力的方法比较起来，传动更为可靠，但其传力件接触部分的尺寸和位置的精确度要求较高，而且在分离与接合的过程中，传力件相对运动的摩擦及磨损均为较大。磨损后的传力件在离合器传动过程中会产生冲击和噪声由于摩擦片数增多，其接合较为柔和，但是必须有专门装置，以保证主动盘和从动盘之间能彻底分离。在图中，当离合器分离时，压盘被四个分离杠杆以支承销9为中心转动而拉向右方，而中间压盘则被装在它和飞轮之间的分离弹簧2推向后方，与前从动盘4脱离接触。同时为了使后从动盘3不被中间压盘和压盘夹住，在离合器盖上装有四个限位螺钉17，用以限制中间压盘的行程。限位螺钉的位置可以调节。34中央弹簧离合器中央弹簧离合器只采用一个或轴线重合的内外两个压紧弹簧，且位于离合器的中央长征XD2150型汽车所用的中央弹簧双盘离合器如图35所示。飞轮6、离合器盖10、压盘8和中间主动盘组成离合器的主动部分传动销的尾部压入飞轮6内圆面上的径向孔中，而其头部则伸入中间主动盘2边缘的切口内。铸造的离合器盖10的内表面有凸起部，嵌入压盘上相应的一切口中。发动机动力一部分从飞轮经传动销传给中间主动盘；另一部分由飞轮经离合器盖传给压盘。中央压紧弹簧13的前端通过一个用钢板冲压制成的支承盘支于离合器盖上，其后端则抵靠着分离套筒14。轴向安装在分离套筒上的三根拉杆分别与三根压紧杠杆17的内端相连。压紧杠杆以固定在离合器盖上的支承销16为支点，其外端与压盘相接触。于是中央弹簧的压紧力便通过分离套筒14、拉杆和压紧杠杆17将离合器的主动和从动部分压紧。无锡职业技术学院毕业设计说明书15图35长征XD2150汽车中央弹簧离合器1传动销；2中间主动盘；3扭转减振器；4、5从动盘；6飞轮7分离摆杆；8压盘；9分离弹簧；10离合器盖；11调整环；12传动杆13中央弹簧；14分离套筒；15平衡盘；16支撑销；17压紧杠杆无锡职业技术学院毕业设计说明书16四离合器结构的选择在设计离合器时，应根据车型的类别、使用要求、制造条件以及“三化”（即系列化、通用化、标准化）要求等，合理选择离合器的结构。41从动盘数选择单片离合器结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底、接合平顺。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。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，以为主要用于行星齿轮变速器换档机构中。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。经过对以上几种形式的比较和根据在大众轿车的性能要求，选取单片离合器为大众轿车的离合器。42压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，弹簧靠到它的定位片面上，造成接触面部位严重磨损，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。斜置弹簧离合器的弹簧压力斜向作用在传动盘上，并通过压杆作用在压盘无锡职业技术学院毕业设计说明书17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。膜片弹簧离合器中的膜片弹簧是一种具有特殊结构的蝶形弹簧部分分离组成，它与其它形式的离合器相比具有以下一系列优点1）膜片弹簧具有较理想的非线性特性，弹簧压力在摩擦片允许磨损范围内基本不变，因而离合器工作中能保持传递的转矩大致不变；对于圆柱螺旋弹簧，其压力大大下降。离合器分离时，弹簧压力有所下降，从而降低了踏板力；对于圆柱螺旋弹簧，压力则大大增加。2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，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；而圆柱螺旋弹簧压紧力则明显下降。4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均匀，可提高使用寿命。5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长。6）平衡性好。7）有利于大批量生产，降低制造成本。但膜片弹簧的制造工艺较复杂，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被广泛采用。膜片弹簧离合器，按分离时离合器盖总成的分离指处是承受压力或拉力，可分为推式和拉式两种。压式膜片弹簧离合器是常见的一种结构。膜片弹簧常用的几种支撑型式如图所示。图A是早期出现的一直在采用的结构。当分离轴承与曲轴中心线不同心时，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度可减少磨损。图B，在铆钉上装硬度高的套筒和支撑圈，是提高耐磨性的结构措施，但使零件增多。图C所示的结构中、取消了铆钉，原铆钉的作用由离合器盖内边缘上伸出的多个小弯板代替，小弯板从膜片弹无锡职业技术学院毕业设计说明书18簧径向槽根部穿过，大大减少了离合器盖总成的零件数。图D中的结构，将铆钉的一端制成斜面，在离合器盖靠铆钉头的一端制成斜面，在离合器盖靠铆钉附近做成凸起，省去了两个支撑环。拉式膜片弹簧离合器中，其膜片弹簧的安装方向与推式相反。在接合时，膜片弹簧的大端支承在离合器盖上，而以中部压紧在压盘上。将分离轴承向外拉离飞轮，即可实现分离。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有如下优点1）由于取消了中间支承各零件，并只用一个或不用支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小。2）由于拉式膜片弹簧是以中部与压盘相压，因此在同样压盘尺寸条件下可采用直径较大的膜片弹簧，从而提高了压紧力与传递转矩的能力，而并不增大踏板力；或在传递相同转矩时，可采用尺寸较小的结构。3）在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，故分离效率更高。4）拉式的杠杆比大于推式杠杆比，且中间支承少，减少了摩擦损失，传动效率较高，使踏板操纵更轻便。拉式踏板力比推式一般约可减少2530。5）拉式在接合状态或分离状态，膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持接触，在支承环磨损后不会产生冲击和噪声。6）使用寿命更长。但是，拉式膜片弹簧的分离指是与分离轴承套筒总成嵌装在一起的，需专门的分离轴承，结构复杂，安装和拆卸困难，且分离行程略比推式大些。由于拉式膜片弹簧离合器综合性能优越，它已在一些汽车中得以应用因此大众POLO选用拉式离合器。43从动盘总成无锡职业技术学院毕业设计说明书19从动部分是由单片、双片或多片从动盘所组成，它将主动部分通过摩擦传来的动力传给变速器的输入轴。从动盘由从动盘本体，摩擦片和从动盘毂三个基本部分组成。为了避免转动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和接合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，往往在动盘本体园周部分，沿径向和周向切槽。再将分割形成的扇形部分沿周向翘曲成波浪形，两侧的两片摩擦片分别与其对应的凸起部分相铆接，这样从动盘被压缩时，压紧力随翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到接合柔和的效果。从动盘总成主要由摩擦片、从动片、和花键毂等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求1转动惯量要尽可能小，以减小变速器换档齿轮间的冲击。2应具有轴向弹性，使离合器接合平稳，便于起步，而且使摩擦面压力均匀,减小磨损。为了使从动盘具有轴向弹性,常用的方法有1动盘上开“T”形槽，外缘形成许多扇形，并将扇形部分压成依次向不同方向弯曲的波浪形。两侧的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形上。“T“形槽还可以减小由于摩擦发热而引起的从动片翘曲变形。、2将扇形波形片的左、右凸起段分别与左、右侧摩擦片铆接。由于波形片比从动片薄，故这种结构轴向弹性较好，转动惯量较小，适宜高速旋转。3利用阶段梯形铆钉的细段将成对波形片的左片铆在左侧摩擦片上，并交替地把右片铆在右侧摩擦片上。这种结构弹性行程大，弹性特性较理想，可使汽车起步极为平顺。4将靠近飞轮的左侧摩擦片直接铆合从动片上，只在靠近压盘侧的从动片铆在波形片，右侧摩擦片用铆钉与波形片铆合。这种结构转动惯量大，但强度较高，传递转矩能力大。离合器摩擦片在性能上应满足如下要求1刚性系数较高且较稳定,工作温度、单位压力、转动速度的变化对其影响要小。2较高的机械强度与耐磨性。3密度要小,以减小从动盘转动惯量。无锡职业技术学院毕业设计说明书204定性好，在高温下分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦。5表面粗糙度好，不致刮伤飞轮和压盘表面。6应平顺而不产生“咬合”或“动”现象。7放后，摩擦面间不发生“粘着”现象。离合器摩擦片所用的材料有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高大约03045、密度较小、制造容易、价格低等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑磨速度的影响大，目前主要应用于中、轻型货车中。由于石棉在生产和事业过程中对环境有污染，对人体有害，所以现在正以玻璃纤维、金属纤维等来替代是石棉纤维。粉末冶金和属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的压力较高以及寿命较长等优点，但价格较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要用于重型汽车上。摩擦片与从动片的连接方式有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，更换摩擦片方便，适宜从动片上装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。粘接方式可增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高的抗离心力和切向力的能力，但更换摩擦片困难，且使从动片难以装波形片，无轴向弹性，可靠性低。花键毂轴向长度不宜过小，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。花键毂一般采用锻钢如45钢,40CR等，表面和心部硬度一般再2632HRC。44离合器盖设计从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料常用中碳钢板如50钢或低碳钢板如10钢，一般厚度为1325，表面硬度3540HRC。波形片一般采用65MN,厚度小于1MM，硬度为4046HRC，并经过表面发蓝处理。对压盘结构设计要求1压盘具有较大的质量以增大热容量、减小温升，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热肋和鼓风肋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可采用传热系数较大的铝合金压盘。2压盘具有较大的刚度，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以及与离合器的彻底分离。无锡职业技术学院毕业设计说明书213与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平稳。4压盘的高度尺寸从承压点到摩擦面的距离公差要小。压盘通常采用灰铸铁，一般采用HT200，HT250，HT300，也有少数采用合金压铸件。5膜片弹簧离合器基本参数和主要尺寸的计算51摩擦片尺寸的选择为了可靠地利用离合器中的摩擦传递发动机转矩,离合器静摩擦力矩实为力偶矩T应大于发动机转矩T,其数学表达式为510MAXC式中离合器的后备系数,必须大于1根据摩擦定律,静摩擦力矩可写为52CCTFFZR式中压盘加于摩擦片的工作压力F摩擦面数目Z摩擦系数,计算时一般取025030F摩擦片平均半径CR假定摩擦片上的压力均匀分布,则5332CDD式中D摩擦片外径D摩擦片内径当D/D06时,可相当准确地由下式计算CR544CDD压盘工作压力为摩擦面单位压力与一个摩擦面的面积A之积F204AD将上式与式53代入式52可得无锡职业技术学院毕业设计说明书22553MAX012CEFZTDC式中C摩擦片内、外半径之比，D/当发动机最大转矩已知，离合器结构型式和摩擦片材料已定，和FAXE便已定，根据式便可求出后备系数、单位压力和摩擦片尺寸应满足的关系式，例如，选好和，则摩擦片尺寸即可确定后备系数是离合器的重要参数，它能反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度在选择时，应从以下考虑出发，摩擦片在使用中磨损后，离合器还能确保传递发动机的最大转矩；要能防止离合器自身滑磨过大；要防止传动系过载。为了可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大,不可过小；为使离合器尺寸不致过大，防止传动系严重过载，保证操纵轻便，又不可过大。当发动机后备功率较大，当使用条件较好，离合器压紧弹簧压力在使用过程中可以调整或变化不大时，应选小些。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，应选大些为宜通常值，对于轿车和轻型货车为12175。单位压力的选择应考虑离合器的工作条件、发动机后备系数的大小、摩擦片外径、摩擦片材料以及质量等因素若离合器使用频繁，发动机后备功率较小，则应取小些，反之则可取大些当摩擦外径较大时，为降低摩擦片外援的热负荷，应降低当采用摩擦材料时，在01403MN/范围AP2M内选取，对于轿车,为01803M；货车，014024M。AP墨擦片尺寸主要外径和内径D可根据已知参数按式估算摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准145774。所选的D应使最大圆周速度不超过6570M/S。内、外径之比C在05307之间。根据设计要求，查资料可知165（35000转/分）；MAXETN100KW（10000转/分）。MAXEP无锡职业技术学院毕业设计说明书23查资料选取03，Z2，03M，C07，15F0PAP由公式55MAX33012ETDFZC3375681014272118取D220则D150从动盘的其它尺寸见图纸。52膜片弹簧的设计和校核521膜片弹簧的载荷和变形碟形弹簧的形状如一锥形垫片，它具有独特的弹性特性，广泛应用于机器制造业。膜片弹簧是具有特殊结构的碟形弹簧，如图51所示，其碟形弹簧部分的小端，伸出许多由径向槽隔开的指状部分分离指。膜片弹簧的弹性特性与尺寸如其碟形弹簧部分的碟形弹簧的弹性特性完全相同（当加载位置相同时）。因此，碟形弹簧的有关设计计算公式，对膜片弹簧同样适用。图52膜片弹簧子午断面绕中性点O转动无锡职业技术学院毕业设计说明书24假定膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性得围绕此断面上的某一中性点O转动（参看图52）。由此假定可导出膜片弹簧的载荷与变形之间的关系和应力计算公式。图膜片弹簧在不同改组状态时的变形A）自由状态；B）压紧状态；C）分离状态图53画出了膜片弹簧在自由状态、压紧状态和分离状态时的受载与变形的示意图。通过支撑环和压盘加在膜片弹簧上的沿圆周分布的载荷，假想的集中在支撑点，用表示。加载点间的相对变形（轴向）为。压紧力与变形1F11F之间的关系式为1562111121LNR/R62EHRRRHH式中E弹性模量，对于钢，E21；40AP泊松比，对于钢，03；H弹簧钢板厚度H膜片弹簧在自由状态时，其碟形弹簧部分的内截高度，如图53AR、R膜片弹簧在自由状态时，其碟形弹簧部分大端和小端半径，如图52、压盘加载点和支撑环加载点半径。1R当离合器分离时，膜片弹簧的加载点发生变化。如图53C设分离轴承对膜片弹簧分离指所加的载荷为，对应此载荷作用点的变形为。应当指明，2F2无锡职业技术学院毕业设计说明书25在分离与压紧两种加载情况下，只要膜片弹簧变形到相同的位置，及其碟形弹簧部分的子午断面从自由状态的初始位置转过相同的转角，便有如下的对于关系5712FRR5812FFR式中膜片弹簧分离指与分离轴承接触点的半径FR当曲线已知,利用式57和58很容易求出曲线如果想知道分1F2F离指对膜片弹簧的推力与该弹簧在同压盘接触点的变形如图53C之间的2F关系,只要将式56即可求出必须指出，为自然状态算起的膜片弹簧分离指加载点的变形位置，与分2离轴承推分离指的移动行程不同（如图53C），而是与压盘分离行程2F2F相对应的，有。如果考虑分离指在力作用下的弯1F2F1F1/FRR2F曲变形，由图54可见。分离轴承推膜片弹簧分离指的总移动行程为2F。FFF无锡职业技术学院毕业设计说明书26图54膜片弹簧分离指受载时的变形示意图522膜片弹簧的应力计算我们假定膜片弹簧在承载过程中，其子午断面刚性得绕此断面上的某一中性点O转动（参看图52）。由此可知，断面在O点处沿圆周方向的切向应变为零，因而O点的切向应力为零；O点以外的断面上的点一般均发生切向应变，故产生切向应力。如选一坐标固定于子午断面，使坐标原点位于中性点O，令X轴平行于子午断面的上下边且方向如图52所示，则端面上的任意点的切向应力为592/1TEXYE式中碟形弹簧部分子午断面的转角（自由状态初始位置算起）；碟形弹簧部分自由状态时的圆锥底角；碟形弹簧部分子午断面中性点的半径，。E/LNERR分析表明，膜片弹簧的碟形弹簧部分凸面内缘点B处的切向应力最大。将B点的坐标和代入式59，则得B点的切向应力的表达式XR/2YHTB如下5102212TBEERHR令，可求出切向应力达极大值的转角。由此/0TBDTB/2PHER表明，B点压应力的极大值发生在这样的转角位置上；比碟形弹簧压平位置（转角等于）再多转角度。/2/2ARCTGHERHER当离合器彻底分离时，膜片弹簧子午断面的转角，应把式510中FP的取为；计算；如果，B点切向应力应彻底分离时的变形位PTBFPTB置（转角）计算。FB点作为分离指根部的一点，分离轴承推力作用下还有弯曲应力，2FB其表达式为无锡职业技术学院毕业设计说明书2751126FBRFNBH式中N分离指数目；一个分离指的根部宽度。RB由于为切向压应力垂直的拉应力，所以，根据最大剪应力强度理论，BBT点的当量应力为512BJRTB在实际设计中，通常用此当量应力校核膜片弹簧的强度，即让不超过许用应BJ力。523主要参数的选取（1）比值H/H的选取此值对膜片弹簧的弹性影响极大。为了保证离合器压紧力变化不大，选取H/H2；H3；则H6。（2）R/R分析表明，R/R愈小应力愈大，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响愈大，故选取R1000；R/R126，则R750。（3）膜片弹簧在自由状态时，圆锥底角一般在左右，故选取，分11离指数目取12（4）选取60作为膜片弹簧的制造材料，当量应力的许用应力可取为2SIMNA。21507/BJNM碟形弹簧的计算离合器中的碟形弹簧的设计计算,主要根据其刚度条件载荷变形公式10，强度条件应力变形公式33102241EHPHHDA33MAX112TC已知通常为下列参数无锡职业技术学院毕业设计说明书28（）载荷；P（）碟形弹簧的外径和内径D；（）所需要的载荷变形特性曲线型式（即表示比值的范围）HH求（）内截锥高度；（）弹簧板厚度H；（）载荷变形特性（载荷与变形量的关系）和各特性点的位置P设计应满足的要求（）所设计碟形弹簧的载荷变形特性要符合使用的需要（刚度条件）；（）所设计碟形弹簧的最大工作应力仍不超过许用应力（强度条件）MAXT设计计算步骤先选择碟形弹簧的材料，并确定其许用应力由于在式10和式33的两个公式中，尚有三项未知数，不能联立求,HH解，而且即使已知一项，两式仍不便联立求解，因在式10中项为三次H方因此只有通过先假设两项参数的试算方法（）可先假设H根据锥角或地位的限制等等，再假设H根据比值H或根据地位等,然后由式10用试算法求得或H（）根据已得的代入式33，试算是否满足强度条件（但应注意，,HH有时计算所用的并不等于计算所用的）如不能满足式33的要求，MAXTP就要另行假设，再进行计算，如此反复多次，直到所假设同时满,HH足式10和式33两个条件（）绘出所计算碟形弹簧的载荷变形特性曲线，必要时绘出应力变形曲线54膜片弹簧的具体计算1已知膜片弹簧的主要尺寸为无锡职业技术学院毕业设计说明书29，10RM85R7EM14210M2H，槽数,34H2N2F75F8N膜片弹簧的材料号硅钢，。60C4E/公斤毫米32求（）膜片弹簧的载荷变形特性。（）膜片弹簧的最大应力。3解（）膜片弹簧的载荷变形特性）特性曲线及特性曲线的绘制1P1P将式28改写为411122LN612EHRHRRRPERHEHE无锡职业技术学院毕业设计说明书30代入数据计算得2CP4610MAX23RRFH26853074拉伸132/公斤厘米最大切向应力为MAXTAX12241TECHHDA当比值时，查得036，1023，10590985RDRA1C2产生最大切向应力的变形量，应取如下MAXT由式39求得毫米，而毫米。21053427CHHMAX4因为，所以取毫米，代入上式得MAXMAX6AX240404123159213T13455公斤/厘米2。于是，可得最大等效应力NP公斤/厘米2。MAXA17501386NPRT号硅钢的屈服点140公斤/毫米2，可取许用应力14000公斤/厘米260CR2。因此，,能满足强度要求NP55花键的强度校核华键联接的可能失效有齿面有压溃或磨损和齿根的剪断或弯断等,对于实际的材料组合和标准尺寸来说,齿面的压溃或磨损是主要的失效形式,因此,一般只作联接的挤压强度或耐磨性计算花键的工作条件良好动联接,查取,40P7MA无锡职业技术学院毕业设计说明书31MTPKZHLR式中,齿数；Z齿面工作的接触；H花键联接的许用压强；P载荷不均匀系数长度；K齿的接触长度L对于矩形花键2DDHC4MRMPAP35127680式中齿顶的倒圆角半径；取08