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395
膜片
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设计
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Φ395膜片弹簧离合器设计,395,膜片,弹簧,离合器,设计
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本科毕业设计(论文) 题目：395膜片弹簧离合器设计 395膜片弹簧离合器设计摘要汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。 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。关键字：离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片Design of Diaphragm Springs for Automotive ClutchesAbstractAutomobile 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 Key Words: Clutch; theca spring; driven plate; friction disc主要符号表 载荷系数 使用系数 动载系数S 安全系数P 功率T 转矩Z 齿数W 抗弯截面系数 原动机类型有关的动载荷系数 工作机类型有关的动载荷系数 精度系数 楔角m 滚柱质量F 变形量K 曲度系数 G 切变模量K 弹簧刚度 C 旋绕比 间距Z 滚珠数目D 滚柱直径S 膜片厚度F 滚动摩擦系数 滑动摩擦角目 录1 绪论11.1 前言11.2 离合器概述11.2.1离合器的特点11.2.2 离合器的功能21.2.3 现代汽车离合器应满足的要求31.2.4 离合器工作原理32 离合器机构方案的选取52.1 参数和机构设计要求52.2 结构设计52.2.1 从动盘数及干湿式选取52.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置52.3设计变量62.4目标函数73 离合器详细数据的设计83.1 膜片弹簧的基本参数选择83.2 膜片弹簧的弹性特性曲线103.3 强度校核133.4从动盘设计133.4.1 从动盘结构简要介绍133.4.2 从动盘设计143.4.3 从动片的选择和设计143.4.4 从动盘毂的设计163.4.5 摩擦片的材料选取及从动片的固紧方式173.5压盘的设计183.5.1 压盘传力方式的选择183.6离合器盖的设计193.7从动轴的计算203.8分离杆的设计203.9离合器分离套筒和分离轴承的设计204 扭转减震器的设计234.1 扭转减震器主要参数234.2 减振弹簧的计算245 从动盘总成的设计275.1 从动盘毂275.2 从动片275.3 波形片和减振弹簧276 压盘设计286.1 离合器盖286.2 压盘286.3 传动片286.4 分离轴承297 总结与展望297.1 总结297.2 展望29致 谢30参考文献31毕业设计（论文）知识产权声明33毕业设计（论文）独创性声明341 绪论1.1前言近年来各国政府都从资金、技术方面大力发展汽车工业，使其发展速度明显比其它工业要的多，因此汽车工业迅速成为一个国家工业发展水平的标志。对于内燃机汽车来说，离合器在机械传动系中作为一个独立的总成而存在，它是汽车传动系中直接与发动机相连接听总成。快目前，各种汽车广泛采用的摩擦式离合器主要依靠主、从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。 在早期研发的离合器中，锥形离合器最为成功。现今所用的盘片式离合器的先驱是多片盘式离合器，它是直到1925年以后才出现的。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采用多片离合器。多年的实践经验和技术上的改进使人们逐渐趋向于首选单片干式离合器。 近来，人们对离合器的要求越来越高，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 随着汽车发动机转速、功率不断提高和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构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。随着计算机的发展，设计工作已从手工转向电脑，包括计算、性能演示、计算机绘图、制成后的故障统计等等1。 1.2离合器概述1.2.1离合器的特点按动力传递顺序来说，离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义，离合器是“离”与“合”矛盾的统一体。离合器的工作，就是受驾驶员操纵，或者分离，或者接合，以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构，其功用是能够在必要时中断动力的传递，保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩，防止传32动系过载。为使离合器起到以上几个作用，目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器，摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。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： a. 结合时平顺、柔和，使汽车起步时不震动、冲击；b. 离合器分离彻底；c. 从动部分惯量小，以减轻换档时齿轮副的冲击；d. 散热性能好；e. 高速回转时只有可靠强度；f. 避免汽车传动系共振，具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；g. 操纵轻便；h. 工作性能（最大摩擦力矩和后备系数保持稳定）；i. 使用寿命长。1.2.2 离合器的功能离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，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2。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。1.2.3 现代汽车离合器应满足的要求 根据离合器的功用，它应满足下列主要要求：a 能在任何行驶情况下，可靠地传递发动机的最大扭矩。为此，离合器的摩擦力矩应大于发动机最大扭矩；b 接合平顺、柔和。即要求离合器所传递的扭矩能缓和地增加，以免汽车起步冲撞或抖动；c 分离迅速、彻底。换档时若离合器分离不彻底，则飞轮上的力矩继续有一部份传入变速器，会使换档困难，引起齿轮的冲击响声；d 从动盘的转动惯量小。离合器分离时，和变速器主动齿轮相连接的质量就只有离合器的从动盘。减小从动盘的转动惯量，换档时的冲击即降低；e 具有吸收振动、噪声和冲击的能力；f 散热良好，以免摩擦零件因温度过高而烧裂或因摩擦系数下降而打滑；g 操纵轻便，以减少驾驶员的疲劳。尤其是对城市行驶的轿车和公共汽车，非常重要；摩擦式离合器，摩擦衬面要耐高温、耐磨损，衬面磨损在一定范围内，要能通过调整，使离合器正常工作。1.2.4 离合器工作原理如图1.1所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和操纵机构四部分组成。离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮3和压盘11借摩擦作用传给从动盘7，在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13，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8上的支柱为支点，而外端与压盘11连接，所以能克服压紧弹簧的力量拉动压盘11向左，这样，从动盘7两面的压力消失，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11向右，仍将从动盘7压紧在飞轮3上，这样发动机的扭矩又传入变速器3。 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-轴图1.1 离合器总成 2 离合器机构方案的选取2.1参数和机构设计要求在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化”（系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：a. 保证离合器结合平顺和分离彻底；b. 离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承；c. 离合器轴的轴向定位和轴承润滑；d. 运动零件的限位；e. 离合器的调整。输入参数如下：膜片弹簧直径：395mm，结合点和分离点压紧力175001000N，分离行程11.5mm。2.2结构设计结构设计的各项要求，在本设计中都将全面的考虑，并采用相应的措施予以实现。2.2.1从动盘数及干湿式选取通常膜片弹簧离合器选择单片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于轿车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和重型货车上也有所推广。因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器4。2.2.2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5。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802000N.m，最大摩擦片外径达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6。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，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也下降；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。 2.3设计变量后备系数取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。单位压力P也取决于离合器工作压力F和离合器的主要尺寸参数D和d。因此，离合器基本参数的优化设计变量选为： （2.1） 2.4目标函数离合器基本参数优化设计追求的目标，是在保证离合器性能要求的条件下使其结构尺寸尽可能小，即目标函数为： （2.2）3 离合器详细数据的设计3.1 膜片弹簧的基本参数选择已知条件：膜片弹簧直径a. 比值 和的选择： （3.1）为了保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的 一般为，板厚为故初: 则：b. 比值和R、r的选择：由于摩擦片平均半径: （3.2） 膜片弹簧直径，则膜片弹簧的值，应满足关系通常，摩擦片内、外径之比 要满足的根据，故可取,再结合实际情况取。c. 扭转减振器的优化对于摩擦片内径, 而减振器弹簧位置半径 ，故取：取：4 扭转减震器的设计圆整为所以：故符合的优化条件。d. 单位摩擦面积传递的转矩根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（27）知，故:根据根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表（25）知，当摩擦片外径时，故符合要求7。e. 单位压力为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，选取单位压力的最大范围为，由于已确定单位压力，在规定范围内，故满足要求f. 的选择:，满足的范围。分离指数目的选取取:。g. 膜片弹簧小端内半径 及分离轴承作用半径的确定由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。由机械设计 （3.3）公式，可求得,则取,再取分离轴承h. 切槽宽度、及半径取:, , 满足,则故取: (3.4)i. 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）知，和需满足下列条件： 故选择， 3.2 膜片弹簧的弹性特性曲线 假设膜片弹簧在承载过程中，其子午线刚性地绕上地某中性点转动。设通过支承环和压盘加载膜片弹簧上地载荷P1(N)集中在支承点处，加载点间的相对轴向变形为x1(mm),则膜片弹簧的弹性特性如下式表示：式中：E弹性模量，钢材料取； b泊松比，钢材料取，mm； R自由状态下碟簧部分大端半径，mm； r自由状态下碟簧部分小端半径，mm； R1压盘加载点半径，mm； R1支承环加载点半径，mm； H自由状态下碟簧部分内截锥高度，mm； h膜片弹簧钢板厚度，mm。利用Matlab软件进行P1-x1特性曲线的绘制，程序和图形如下：程序如下：x1=0:0.2:7;%x1为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*105;%弹性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=105;%自由状态下碟簧部分大端半径(mm)r=83.5;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.3;%自由状态下碟簧部分内截锥高度（mm） h=2.6;%膜片弹簧钢板厚度（mm）R1=103;%压盘加载点半径（mm）r1=84;%支承环加载点半径（mm）以下用于绘图clfplot(x1,P1,-b);axis(0,7,0,8000);%设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形x1/mm)ylabel(工作压力P1/N)title(P1-x1特性曲线)图形如下： 图3-2 P1x1特性曲线确定膜片弹簧的工作点位置:可以利用Matlab 软件寻找P1x1特性曲线中M,N的位置坐标，具体程序如下:x1=0:0.2:7;%x1为膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形E=2.0*105;%弹性模量（Mpa）b=0.3;%泊松比R=105;%自由状态下碟簧部分大端半径(mm)r=83.5;%自由状态下碟簧部分小端半径(mm)H=4.3;%自由状态下碟簧部分内截锥高度（mm）h=2.6;%膜片弹簧钢板厚度（mm）R1=103;%压盘加载点半径（mm）r1=84;%支承环加载点半径（mm）以下用于绘图clfplot(x1,P1,-b);axis(0,7,0,8000);%设置坐标hold onhold off,grid onxlabel(变形x1/mm)ylabel(工作压力P1/N)title(P1-x1特性曲线)zoom outx,y=ginput(1)x =2.6694y =5.2515e+003x,y=ginput(1)x =4.9767y =4.5195e+003则可知： 上述曲线的拐点H对应着膜片弹簧的压平位置，而且则： 新离合器在接合状态时，膜片弹簧工作点B一般取在凸点M和拐点M之间，且靠近或在H点处，一般 则取：则此时校核后备系数： 满足要求离合器彻底分离时，膜片弹簧大端的变形量为：(即为压盘的行程) （3.5）故： 压盘刚开始分离时，压盘的行程： 3.3强度校核膜片弹簧大端的最大变形量，由公式：得：3.4从动盘设计3.4.1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。从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，由下图3.1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8。 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 3.1 带扭转减振器的从动盘 3.4.2从动盘设计设计从动盘时一般应满足以下几个方面的要求:a 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；b 为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性；c 为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减 振器；d 要有足够的抗爆裂强度。3.4.3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。这是因为汽车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）9。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1.32.0mm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0.651.0mm,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，单片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2吨轻型载货汽车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，其简化结构见下图3.2，离合器从动片采用2mm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225mm，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口10。 由于其采用整体式弹性从动片，从动片沿半径方向开槽,将外圆部分分割成许多扇形,并将扇形部分冲压成依次向相同方向弯曲的波浪形,使其具有轴向弹性,两边的摩擦片则分别铆在扇形片上.在离合器结合的过程中,从动片被压紧,弯曲的波浪扇形部分被逐渐压平从动盘摩擦面片所传递的转矩逐渐增大,使其结合过程较平顺,柔和,整体式弹性从动片根据从动片尺寸的大小可制成612个切槽,并常常将扇形部分与中央部分的连接处切成T形槽,目的是进一步减小刚度,增加弹性.相关结构尺寸参看设计图纸。 从钢动片材料一般采用高碳刚或弹簧刚板冲压而成，经热处理后达到所要求的硬度,相关尺寸见零件图。 1从动片；2摩擦片；3铆钉图3.2整体式弹性从动片3.4.4 从动盘毂的设计 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 由表3.3选取：一般取1.01.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用碳钢，并经调质处理，表面和心部硬度一般2632 HRC。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺；对减振弹簧窗口及与从动片配合处，应进行高频处理10。取，。验证：挤压应力的计算公式为： (3.6)式中，P为花键的齿侧面压力，它由下式确定： 从动盘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， ，分别为花键的内外径；Z为从动盘毂的数目；取Z=1h为花键齿工作高度；得N，MPaMPa，合格。表3.3花健的的选取摩擦片的外径/mm/N.m挤压应力/MPa齿数n外径/mm内径/mm齿厚/mm有效齿长/mm1604910231832098180691026213201162001081029234251112251471032264301132501961035284351022802751035324401253003041040325401053253731040325451143504711040325501303.4.5 摩擦片的材料选取及从动片的固紧方式 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，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：a. 应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小；b. 要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨；c. 要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好；d. 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；e. 磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面；f. 油水对摩擦性能的影响应最小；g. 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0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧11。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数（可达0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。 在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点12。3.5压盘的设计3.5.1 压盘传力方式的选择 压盘（其结构见零件图）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。如前面所述采用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。3.5.2 压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定，故压盘的内外径也可因此而确定。压盘外径D=230mm压盘内径d=14mm。 那么压盘的的尺寸归结为确定其厚度。压盘的厚度确定主要依据以下两点：a. 压盘应有足够的质量 在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短（大约在3秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必然导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏13。 由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由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，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。b. 压盘应具有较大的刚度 压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，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得比较厚（载重汽车上一般不小于15mm），但一般不小于10mm，在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为18mm。 在初步确定该离合器压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，其接合一次的温升不得超过810。若温升过高可以适当增加压盘的厚度。根据下面公式（5.1）来进行校核： (3.6)式中：温升， L滑磨功，N.m,，。分配到压盘上的滑磨功所占的百分比：单片离合器压盘C压盘的比热容，对铸铁压盘，m压盘质量，根据公式（3.5）代入相关数据可得；此数值故该厚度符合要求。3.6离合器盖的设计 离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此，在设计中应注意以下几个问题：a.离合器的刚度 离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难14。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为4mm的低碳钢板（如08钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。 b.离合器的通风散热 为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。 c.离合器的对中问题离合器盖内装有分离杠杆、压盘、压紧弹簧等重要零件，因此它相对与飞轮必须有良好的对中，否则会破坏离合器的平衡，严重影响离合器的工作。离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中。3.7从动轴的计算a. 选材 40Cr调质钢可用于载荷较大而无很大冲击的重要轴，初选40Cr调质 。 b. 确定轴的直径 （3.7）式中，A为由材料与受载情况决定的系数，见表3.4:表3.4轴常用几种材料的及A值轴的材料Q235-A，20Q275，35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr,35SiMn38SiMnMo,3Cr131525203525453556A14912613511212610311297取，n为轴的转速，则，取离合器的分离装置包括分离杆，分离轴承和分离套筒。3.8分离杆的设计 本设计才用的是膜片弹簧的压紧机构，分离杆的作用由膜片弹簧中的分离指来完成。其结构尺寸参数在前面的设计中已经确定。 在设计分离杆时应注意以下几个问题：分离杆要有足够的刚度分离杆的铰接处应避免运动上的干涉分离杆内端的高度可以调整。3.9离合器分离套筒和分离轴承的设计 分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动15。 本设计的是膜片弹簧离合器，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，其结构示意图见图3.5，可以弥补因几何上偏移造成的强烈振动16。1分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片图3.5自动调心轴承 自位分离轴承和分离套筒通过碟形弹簧装配在一起成为一体，碟形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。图中间隙A所允许的调节量为1.42.4mm。这种轴承的内外圈可由80Cr2轴承钢冲制加工而成，外密封环用0.5厚板材冲制,表面有硫化氟橡胶,其密封刃口朝向轴承内座圈来密封.轴承中分布了15个钢球。 分离套筒装在变速器第一轴承盖的轴颈上，两者之间为间隙配合，可以在自由移动，而分离轴承内圈与分离套筒座相配合处径向有0.5mm的间隙.在离合器处于结合状态时,分离轴承的端面与分离杠杆之间应留有34mm间隙，以备在摩擦片磨损的情况下，不致防碍压盘继续压紧从动盘总成，以保证可靠地传递发动机转矩。这个间隙反映为踏板上的一段自由行程。 在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径34，内径27）因而根据有关结构尺寸数据可初选一系列有关分离轴承和分离套筒及轴颈之间的配合尺寸：表3.6 分离轴承的选取分离轴承内径分离套筒外径分离套筒内径第一轴轴承盖轴颈外径第一轴轴承盖轴颈内径5553444438 分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。 在轴承的设计过程中，应对其使用寿命和承载能力进行校核计算。在本设计中由于充分考虑到分离轴承的工作条件比较理想，以及每次分离的时间也不太长，因而对该项校核工作不予考虑，也即认为所选取的轴承型号能适应各个方面的要求17。 4 扭转减震器的设计4.1 扭转减震器主要参数4扭转减振器的设计a. 极限转矩 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（231）知，极限转矩受限于减振弹簧的许用应力等因素，与发动机最大转矩有关，一般可取： (4.1) 对于乘用车，系数取2.0。则： (4.2) b. 扭转刚度 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（235）可知，由经验公式初选即： c. 阻尼摩擦转矩 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（236）可知,可按公式初选 (4.3) 取： (4.4) d. 预紧转矩减振弹簧在安装时都有一定的预紧。根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（237）知，满足以下关系： 且： (4.5) 而： 则初选e. 减振弹簧的位置半径 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）式（238）知，的尺寸应尽可能大些，一般取： (4.6) 则取：,可取为48mmf. 减振弹簧个数 根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表（26）知，当摩擦片外径时：故取：g. 减振弹簧总压力当减振弹簧传递的转矩达到最大值时，减振弹簧受到的压力 4.2 减振弹簧的计算图4-2 盘总成的减振机构a. 减振弹簧 减振弹簧的作用在于减小振动的振幅，阻尼的作用在于让振动迅速停止。两者组合形成一阶阻尼系统，具有良好的减振效果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。b. 减振弹簧的分布半径 根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知，的尺寸应尽可能大些，一般取 式中，d为离合器摩擦片内径故：，即为减振器基本参数中的。c. 单个减振器的工作压力P d. 减振弹簧尺寸（1） 弹簧中径 根据根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知，其一般由布置结构来决定，通常故取：（2） 弹簧钢丝直径d （4.7）式中，扭转许用应力可取,故取为550Mpa所以： （3） 减振弹簧刚度k根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）式4.7.13知，应根据已选定的减振器扭转刚度值及其布置尺寸确定，即： (4.8)（4） 减振弹簧有效圈数根据汽车离合器（徐石安，江发潮编著，清华大学出版社出版）知， (4.9) （5） 减振弹簧总圈数n其一般在6圈左右，与有效圈数之间的关系为：减振弹簧最小高度： (4.10)弹簧总变形量 (4.11)减振弹簧总变形量 (4.12)减振弹簧预变形量 (4.13)减振弹簧安装工作高度：（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有关，其值为： （7） 限位销与从动盘毂缺口侧边的间隙 （4.14）式中，为限位销的安装尺寸。值一般为：2.54mm； 所以可取为3mm, 为88mm。（8） 限位销直径按结构布置选定：一般9.512mm。可取为10mm。 5 从动盘总成的设计5.1从动盘毂根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版），从动盘毂轴向长度不宜过小，以免再花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.01.4倍的花键轴直径18。故取从动盘毂轴向长度取为1.2d=1.224=28.8mm。从动盘毂的材料选取45锻钢，并经调质处理，表面和心部硬度一般2632HRC。根据摩擦片的外径D的尺寸以及根据汽车设计（王望予编著，机械工业出版社出版）表27查出从动盘毂花键的尺寸。由于D=225mm,则查表可得:花键尺寸：齿数n=10，外径=32mm,内径26mm ，齿厚t=4mm,有效齿长l=30mm, 积压应力=11.3Mpa。西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）5.2从动片从动片要求质量轻，具有轴向弹性，硬度和平面度要求高。材料选用中碳钢板（50号），厚度为取为2mm,表面硬度为3540HRC。5.3波形片和减振弹簧 波形片一般采用65Mn,厚度取为0.8mm,硬度为4046HRC，并经过表面发蓝处理。减振弹簧用60Si2MnA钢丝。6 压盘设计6.1离合器盖应具有足够的刚度，板厚取4mm,乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。6.2压盘a 压盘传动方式的选择 由于传统的凸台式连接方式、键式连接方式、销式连接方式存在传力处之间有间隙的缺点，故选择已被广泛采用的传动片传动方式。另选用膜片弹簧作为压力弹簧时，则在压盘上铸有一圈凸起以供支承膜片弹簧或弹性压杆之间19。b 压盘几何尺寸的确定 传动片采用3组，每组3片的形式，具体尺寸为，宽b=25mm，厚b=17mm，两孔间距为l=202mm，孔直径为d=10mm，传动片弹性模量E=2M Pa。DC结构：铆接无弹性，易磨损，造成支承环松动。6.3传动片 由于各传动片沿圆周均匀分布，它们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡性。 传动片可选为3组，每组3片，每片厚度为1mm，一般由弹簧钢带65Mn制成。6.4分离轴承 由于,离心力造成的径向力很大，因此采用角接触式径向推力球轴承。 7 总结与展望7.1总结 在这次的毕业设计里：由于本人是第一次接触汽车膜片弹簧离合器，所以花了很多时间去收集相关资料与数据和完成基础知识研究及总体结构分析。幸好有曹岩老师的细致认真的指导和帮助，对此，我表示最真挚的感谢！ 本设计以“机械设计、汽车设计、二维制图模型”为主线，主要采用AuToCAD、Solid Works，等软件设计一个载重2吨的轻型汽车膜片弹簧离合器总成，由于时间和能力的限制，本设计对膜片弹簧离合器只作了简单的设计和分析。 由于我的水平有限，设计中难免存在缺点和错误，殷切欢迎广大读者进行批评和指正。7.2展望汽车是重要的交通运输工具，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，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。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。随着汽车发动机转速、功率不断提高和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构正逐步地向拉式膜片弹簧离合器结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。通过这次毕
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