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中型履带车辆用双盘离合器的设计,中型,履带,车辆,用双盘,离合器,设计
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本科毕业设计（论文）题目：中型履带车辆用双盘离合器的设计 中型履带车辆用双盘离合器的设计摘 要 离合器是位于发动机和变速器之间的一个旋转装置，它包括离合器摩擦片、压盘、压紧弹簧、离合器盖及操作离合器所需要的离合器连接杆件等。它通过各部件间产生的摩擦来作用。这就是为什么离合器叫做摩擦机械装置的原因。在连接之后，离合器继续将发动机扭矩通过摩擦传给变速器。 本设计主要分析了中型履带车辆离合器，阐述了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，并成功的绘制出了其离合器的成品图。叙述了离合器的发展现状，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，为后面的计算提供了理论基础。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、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。 这次的设计，可以对原有离合器的设计提出优化和修改的建议，对其以后的设计过程起参考作用。 关键词：离合器；摩擦片；圆柱螺旋弹簧In the Design of The Double Disk Clutch of Medium-sized Tracked VehicleAbstract Clutch is located in the engine and transmission between a rotating device, it includes clutch friction plate, pressure plate, compression spring clutch, clutch cover and clutch operation need connecting rods, etc. Its work by the friction between components. This is why the clutch is called a friction mechanism. After connection, the engine torque by friction clutch continue to transmission. Analysis of the design of the main diaphragm spring clutch, the diaphragm spring clutch classified on the clutch diaphragm spring principle and the composition and characteristics. Derived through a detailed process of the accumulation of a large amount of data and to map out the success of the diaphragm spring clutch of the finished map. Describes the development of the clutch, and its working principle, in the process, after comparison with the right to determine the initial structure of the clutch, select the pull-type diaphragm spring clutch, and a reverse shock absorber for the back calculation provides a theoretical basis. After completion of the above work, through computer Pro / E software to study the use of the general assembly of the clutch driven plate assembly, pressure plate, diaphragm springs, friction plate for a draw, in the process of drawing on the clutch assembly have a better understanding of, and improved the calculation of the missing part. The design of the original design of the clutch to optimize and modify the proposal, its future role in the design process from the reference. Key Words: Clutch;clutch disc;Thrust spring 主要符号表D 钻头直径i 长径比l 钻头长度j 断面比：d 钻尾直径：B 齿轮宽度Pmax 车轮最大轮压Vn 推进速度P 功率n 转速T 转矩K 载荷系数M 扭矩 不均匀系数 工作段圆弧中心角R 曲率半径Wz 抗弯截面模量Pc 车轮强度 目 录1 绪论1 1.1 背景及研究意义1 1.2 离合器在国内外的发展情况1 1.2.1 国内发展研究情况1 1.2.2 国外发展研究情况22 研究方案及方法3 2.1 主要工作内容3 2.2 拟采用的研究方案及研究方法3 2.2.1 双盘离合器的结构图3 2.2.2 双盘离合器的部件设计要求及注意事项4 2.2.3 离合器的主要结构5 2.2.4 离合器的主要部件设计53 离合器的原理和基本参数的确定10 3.1 离合器的原理10 3.2 分离过程10 3.3 结合过程10 3.4 离合器基本参数的确定11 3.4.1 离合器后备系数的确定11 3.4.2 摩擦片内径D1 外径D2的确定12 3.4.3 约束条件13 3.4.4 压紧力F(N)的确定14 3.4.5 滑摩功14 3.4.6 从动片及从动盘毂15 3.4.7 压盘的设计16 3.4.8 圆柱螺旋弹簧的设计17 3.4.9 操纵传动的计算21 3.5 离合器的平衡22结论24参考文献25致谢25毕业设计(论文)知识产权声明26毕业设计(论文)独创性声明27251 绪论1.1 背景及研究意义 对于中型履带车辆用双盘离合器要求能可靠地传递发动机的最大扭矩，分离彻底，结合平顺，从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速箱齿轮间的冲击，冷却散热良好，操纵轻便。中型履带车辆用双盘离合器应力求结构简单，维修方便，使用寿命长。 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,提高离合器的传扭能力、提高其使用寿命、简化操作已成为离合器目前发展的趋势1。1.2 离合器在国内外的发展情况1.2.1 国内发展研究情况 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。这些企业引进工作有力地促进国内离合器行业的发展，为今后打下了一定的基础2。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，大马力、高承载是重型卡车发展的方向3。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,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4。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。在技术水平方面在产品技术方面， 国内离合器企业经过不断地产品结构调整，国产膜片弹簧离合器的品种已经能全面覆盖国内重、中、轻、轿、微及农用等车型的需求，跟踪国外动力传动系统技术5。1.2.2 国外发展研究情况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6。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7。目前再制造过程的汽车离合器，一个精干的再制造过程开发和比较的过程。我们的研究结果表明，精益再制造过程中以较低的成本提供了更强大的过程时相比，当前的离合器再制造过程，利用工艺和质量的生产实践8。最近几年使用自动离合器控制装置，虽然自动离合器汽车控制装置运行时，司机可能会突然制动汽车在紧急情况下。如果车轮停止，但离合器仍从事造成过大的负荷施加在发动机上发动机停止其运行。为了防止发动机在这样的条件下被切断，出现了提出了一种自动离合器控制方法蒂森量具离合器9。2 研究方案及方法2.1主要工作内容 (1)了解中型履带车辆用双盘离合器的性能要求； (2)了解中型履带车辆用双盘离合器的工作原理，进行结构设计和计算分析； (3)设计指标：发动机转速1800r/min，储备系数2.5； (4)应用CAD系统对系统零件和装配的设计。2.2拟采用的研究方案及研究方法2.2.1双盘离合器的结构图双盘离合器的结构图如图2.1所示。1-接合子 2-杠杆 3-连杆 4-弹簧 5-压力盘 6-从动摩擦盘 7-主动盘 8-带齿的耳销 9-飞轮盘 10-片簧 11-锥销图2.1 双盘离合器结构2.2.2 双盘离合器的部件设计要求及注意事项 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。在离合器结构设计时必须综合考虑以下几点： (1) 保证离合器接合平顺和分离彻底。 要使离合器接合平顺，就应使离合器在接合过程中压紧力能平缓的增加，可根据离合器的类型采用各自的专门措施来保证。使离合器分离彻底也应根据离合器的不同类型采取专门措施。 (2) 离合器从动部分和主动部分各自的联结形式和支承。 离合器主动部分为飞轮，离合器盖和压盘，通常离合器盖都用螺钉固定在飞轮上，飞轮带动离合器盖和压盘旋转，连接方式有多种。离合器从动部分由从动盘和离合器轴组成。从动盘与离合器轴通常用花键连接。从动盘与离合器轴装配后应保证很好的垂直于主动件的轴线，以便离合器的分离彻底。从动盘对主动件轴线的垂直度，在很大程度上与离合器轴的支承结构有关。为了尽量减少制造与安装引起的轴的位置误差，设计时应尽可能把离合器轴的前轴承安装在发动机曲轴的中心孔内。 (3) 离合器的轴向定位与轴承润滑。 离合器轴在安装后应保持轴向定位，在拆卸时还应便于从离合器中抽出。离合器的支承轴承和分离轴承等都需要润滑。 (4) 运动零件的限位。 为了保证离合器正常工作和对离合器准确操纵，运动零件需要很好的限位。当离合器处于接合位置时(经常接合式)，应使分离杠杆内端与分离轴承之间稳定地保持调好的间隙值，这由离合器的压紧弹簧和分离轴承的回位弹簧给予保证。当分离离合器时，应对最大行程有限位。(5) 离合器的调整。 在经常接合式离合器中，需要进行调整的是：1) 分离杠杆与分离轴承之间的间隙值的调整，目的是为了恢复踏板的自由行程。2) 调整各个分离杠杆的内端使处于离合器轴的同一垂直面内，这一调整的目的是为了分离离合器时能均匀拉开压板，保证离合器分离彻底。以上各种调整，都应有具有调整后锁住的结构措施。离合器片材料摩擦行为强烈影响离合器的使用和整个车辆的动态行为10。对结构设计的各项要求，在本设计中将全面地得到考虑，并采取相应的措施予以实现。2.2.3 离合器的主要结构 (1) 主动部分主动部分包括飞轮、离合器盖、压盘等机件组成。这部分与发动机曲轴连在一起。离合器盖与飞轮靠螺栓连接，压盘与离合器盖之间是靠传动片传递转矩的。 (2) 从动部分从动部分是由单片从动盘所组成，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。为了避免传动方向的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大对数汽车都在离合器的从动盘上附装有扭转减震器。 (3) 压紧机构 压紧机构主要由膜片弹簧组成，与主动部分一起旋转，它以离合器盖为依托，将压盘压向飞轮，从而将处于飞轮和压盘间的从动盘压紧。 (4) 扭转减震器离合器结合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了从动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减震器盘转动。从动盘本体和减震器盘又通过六个减震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从动盘本体和减震器盘来回转动，夹在它们之间的减震阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。为了使汽车能平稳起步，离合器应能柔和结合，这就需要从动盘在轴向具有一定弹性。为此，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，压紧力沿翘曲的扇形部分被压平而逐渐增大，从而达到结合柔和的效果。 (5) 操纵结构操纵机构是为驾驶员控制离合器分离与结合程度的一套专设机构，它是由位于离合器壳内的分离杠杆(在膜片弹簧离合器中，膜片弹簧兼起分离杠杆的作用)、分离轴承、分离套筒、分离叉、回位弹簧等机件组成的分离机构和位于离合器壳外的离合器踏板及传动机构、阻力机构等组成。2.2.4 离合器的主要部件设计离合器的主要功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地结合，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；在工作中受到较大的载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系各零部件因过载而损害；有效地降低传动系中的振动和噪声。 (1) 离合器主要参数的确定 离合器传动系中直接与发动机连接的总成，其主要功用，起步是将发动机与传动系平顺结合，确保平稳起步。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冲击。限制传动系所承受最大转矩，防止传动系个零件过载损坏。有效地降低传动系中的震动和噪声11。(2) 从动盘数的选择 从动盘的选择应根据汽车所采取的发动机型式及其发出的最大扭矩，汽车的工作条件等因素来选择。由于任务书中规定设计双盘离合器。因此该离合器从动盘数选为双盘。(3) 压紧弹簧的形式及布置 离合器压紧有圆柱螺旋弹簧，矩形断面圆锥弹簧和膜片弹簧三种。压紧弹簧的布置方式也有周置，中央布置和斜置三种12。在本设计中，主要考虑到目前国内汽车行业的实际情况，使该离合器制造方便，加工工艺性好以及结构简单等原因，且该车辆发动机转速1800r/min。发动机最高转速不太高，因而该离合器的压紧弹簧采用圆柱螺旋弹簧，布置方式采用周置。(4) 压盘的驱动方式 压盘的一个平面与离合器片相接触。压盘的另个面上有多个凸起的凸耳，其中有数个凸耳是用来装固螺柱弹簧之用。位于离合器盖之间，弹簧的压力将压盘与离合器片及飞轮之间紧紧压在一起，离合器片的摩擦力，使曲轴-飞轮-离合器-严盘一起转13。 压盘是离合器的主动部分，在传递发动机扭矩时，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分离过程中应能自由地做轴向移动，常用的连接方式有一下几种：凸块一窗孔式,钢带式,键块式和销钉式等多种。本设计的任务是双盘离合器，为了简化离合器的压盘驱动装置，使制造维修方便，因而采用销钉式压盘驱动方式。(5) 分离杠杆和分离轴承 一般杠杆绕中支点摆动时，其两端运动轨迹为圆弧，而压盘在离合器分离接合时，却只能作前后平移运动14。设计分离杠杆时，应使其支承机构与压盘的驱动机构在运动上不发生干涉；保证有足够的刚度；支承处的摩擦损失要小；要便于调整分离杠杆内端的位置；要避免在高速时因分离杠杆的离心力造成压紧力降低。在汽车离合器上采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。径向止推轴承适用于高转速，低轴向负荷的情况；止推轴承则适用于低转速，高轴向负荷的情况。本设计的任务为双盘离合器，考虑到制造等方面的原因，以及前面选定的销钉式压盘驱动方式的影响，因此，该离合器的分离杠杆采用其支承采用刀口支承，分离轴承选用止推轴承。(6) 从动盘从动盘由摩擦片、从动钢片、减振器和花键毂等零部件组成。对离合器工作性能影响很大，因此在结构和摩擦材料选择的方面尤为重要。摩擦片的工作条件恶劣，为了保证能长期稳定工作，其性能应满足：摩擦系数值比较稳定，不受工作温度、滑磨速度、单位压力变化的影响。足够的耐磨性，尤其是高温时应耐磨。足够的机械强度，在高温时机械强度应较好。热稳定性好，要求高温时分离出的粘合剂少，无味，不易烧焦磨合性能好，不致刮伤压盘及离合器壳体等零件表面。油、水对摩擦性能影响小。离合器接合时应平顺，无“咬住”或抖动现象。从动钢片多用薄钢板冲压制成，为防止由于离合器工作温度的升高而引起从动片的翘曲，多在从动钢片上沿径向开有几条切口。为了降低传动系统中的共振载荷，消减传动系统的扭振，通常在从动盘中装置具有弹性元件和阻尼原件的扭转减振器15。由于本次设计的任务为双盘离合器，这种结构的接合本身就比较平顺，因而在从动盘中不必设计减振器。（7） 离合器盖设计对离合器盖结构设计的要求2：1) 应具有足够的刚度，否则将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。为此可采取如下措施：适当增大盖的板厚，一般为2.54.0mm；在盖上冲制加强肋或在盖内圆周处翻边；尺寸大的离合器盖可改用铸铁铸造。2) 应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。对中方式采用定位销或定位螺栓，也可采用止口对中。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口，或在盖上加设通风扇片等。中、轻型货车及轿车的离合器盖一般用08F、08Al、08钢等低碳钢板，重型汽车则常用铸铁件或铝合金压铸件。本设计是重型车离合器，为了减轻重量和增加刚度，设计时离合器盖采用厚度约为4mm的铸铁件冲压成比较复杂的形状。(8) 传动片 传动片的作用是在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转，分离时又可利用它的弹性来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。由于各传动片沿圆周均匀分布，他们的变形不会影响到压盘的对中性和离合器的平衡2。传力片材料选用40号钢，根据前面所设计的压盘，摩擦片及从动片的厚度，以及以往的设计经验初步选定传动片的设计参数如下：共设3组传动片(i=3)，每4片(n=4)，传动片的几何尺寸为：宽度b=25mm，厚度h=1mm，传力片上孔间的距离l=86mm，孔的直径d=10mm，传力片切向布置，传动片的材料弹性模量E=2102MPa。 (9) 离合器的通风散热离合器的磨损是随温度的升高而增大的，当压盘工作表面温度超过一定温度时，摩擦片磨损急剧增加。在正常使用条件下的离合器压盘工作表面温度在180。在特别严酷的使用条件下，压盘表面的瞬时温度有可能高达1000。过高的温度能使压盘受热变形产生裂纹。为了使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够的重量以保证足够的热容量外，还要求通风散热性良好。改善离合器的通风措施有：1) 在压盘中间设置通风槽；2) 在离合器盖上开较大的通风口，在离合器外壳上设有通风窗。 (10) 操纵机构的选择汽车离合器操纵机构是驾驶员用来控制离合器分离又使之柔和接合的一套机构。它始于离合器踏板，终止于离合器壳内的分离轴承。由于离合器使用频繁，因此离合器操纵机构首先要求操作轻便。轻便性包括两个方面，一是加在离合器踏板上的力不应过大，另一方面是应有踏板形成的校正机构。离合器操纵机构按分离时所需的能源不同可分为机械式、液压式、弹簧助力式、气压助力机械式、气压助力液压式等等。离合器操纵机构应满足的要求是：1) 踏板力要小，轿车一般在80150N范围内，货车不大于150200N；2) 踏板行程一般在80150mm范围内，最大不超过180mm；3) 踏板行程应能调整，以保证摩擦片磨损后分离轴承的自由行程可复原；4) 应有对踏板行程进行限位的装置，以防止操纵机构因受力过大而损坏；5) 应具有足够的刚度；6) 传动效率要高；7) 发动机振动及车架和驾驶室的变形不会影响其正常工作。机械式操纵机构有杠系传动和绳索系两种传动形式，杠传动结构简单，工作可靠。本次设计的轻型拖拉机用单盘离合器，采用杆系传动操作机构。3 离合器的原理和基本参数的确定3.1离合器的原理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结合状态的。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，摊在分离套筒的环槽中的拨叉边推动分离叉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，向结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。当飞轮和从动盘结合还不紧密，二者之间摩擦力矩比较小时，二者可以不同步旋转，既离合器处于打滑状态。随着飞轮和从动盘结合紧密程度的逐渐增大，二者转速也逐渐相等。直到离合器完全结合而停止打滑时，汽车速度方能与发动机转速成正比。3.2分离过程 踏下踏板时，拉杆拉动分离叉外端向右(后)移动，分离叉内端则通过分离轴承推动分离杠杆的内端向前移动，分离杠杆外端便拉动压盘向后移动，使其在进一步压缩压紧弹簧的同时，解除对从动盘的压力。于是离合器的主动部分处于分离状态而中断动力的传递。3.3结合过程 当需要恢复动力的传递时，缓慢的抬起离合器踏板，分离轴承减小对分离杠杆内端的压力，压盘便在压紧弹簧作用下逐渐压紧从动盘，并使所传递的扭矩逐渐增大。当所能传递的扭矩小于汽车起步阻力时，汽车不动，从动盘不转，主、从动摩擦面间完全打滑；当所能传递的扭矩达到足以克服汽车起步的阻力时，从动盘开始旋转，汽车开始移动，但仍低于飞轮的转速，即摩擦面间仍存在打滑的现象。而随着压力的增大和汽车的不断加速，主、从动部分的转速差逐渐减小，直到转速相等，滑摩现象消失，离合器完全结合为止，结合过程即结束。由上可知，汽车平稳起步是靠离合器逐渐结合过程中滑摩程度的变化来实现的。图3.1 周布弹簧离合器结合后，在回位弹簧的作用下，踏板回到最高位置，分离叉内端回至最右位置。分离轴承则在回位弹簧的作用下离开分离杠杆，向右紧靠在分离叉上。3.4离合器基本参数的确定 3.4.1离合器后备系数的确定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) 摩擦片在使用中磨损后，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。 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。表3.1 各类汽车值的取值范围轿车和微型、轻型货车 =1.201.75中型和重型货车 =1.502.25越野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =1.84.0 设计是已给出后备系数=2.5。 设计所选发动机参数；功率47.1kw，转速1800r/min。 (3.1)根据最大转矩公式式中：P-发动机额定功率；N-发动机额定转速。将P=47.1kw，N=1800r/min，代入上式。则最大转矩Memax =365。3.4.2摩擦片内径D1 外径D2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和使用寿命，它和离合器所需传递的转矩的大小有一定关系。发动机转矩是重要参数，安发动机最大转矩(N.m)来选定D，由下列公式可得： (3.2)式中KD一直径系数,推荐在48一52范围内选取;取KD =50。代入上式得D2=270mm。摩擦衬面内径Dl=(0.6一0.7)D2。最终确定的D2、D1应符合标准化,系列化、通用化的要求。具体尺寸系列见表3.2 表3.2 干式离合器摩擦片尺寸系列 mm外径D2内径D1厚度b外径D2内径D1厚度b1601103.23001753.51801253.53251903.52001403.5350195(190)4.0225(220)1503.53802054.0250(254)155(150)3.54052204.0280265(180)3.54302304.0选取标准摩擦片外径D2=280mm，内径D1=165mm，厚度h=3.5mm，内外径比值C=0.589，摩擦片的平均半径R平=(R外+R内)/2=222.5，摩擦片面积 F=2R平(R外-R内)=160689.5mm。3.4.3 约束条件1)摩擦片外径的选取应使得最大圆周速度VD不超过65-70m/s。 (3.3)式中，为摩擦片最大圆周速度(m/s); 为发动机最高转速(r/min)所以：VD=26.4m/s符合范围。2)摩擦片的内外径比c应在0.530.7范围内。在本设计中c=0.589,符合要求。3)为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为1.24.0。4)飞轮转动惯量JO 计算转动惯量时，可将其分成若干圆环，飞轮的转动惯量即各圆环的转动惯量之和，即：JO=J1+J2+J3每个圆环的转动惯量为：J=(d4外-d4内)b厚/32式中:d外、d内、b厚为环的几何尺寸。r密度，在此取 r=37900m/kg。 =r带入得：J1=3718.9(0.4184-0.184)0.025=2.74kg.m/s2 J2=0.03 kg.m/s3 J3=0.015kg.m/s3 则：J0=J1-J2-J3=2.74+0.03+0.015=2.785 kg.cm/s2 5)发动机转动惯量：J发=1.2Jo=3.34 kg.m/s2 6)整个机械组换算到变速箱第一轴的转动惯量J1 (3.4)式中：G总机械总重量，即：G总=G车+G拖=980kg+1500kg=2480kg驱-驱动轮半径，驱=443mm g-重力加速度，g=980cm/s2 i总-换挡时传动系总传动比，3.4.4 压紧力F(N)的确定 公式 (3.5)式中RP一摩擦合力作用半径(mm) (3.6) 计算得Rp=113.72n一摩擦面对数,单片n=2,双片n=4;摩擦系数,见表2.2。通常干式石棉摩擦衬面取=0.3。计算得F=6686.74离合器摩擦衬面的磨损与单位压力p有关。 =0.166验算的单位压力P应在表2.2所给的范围内。当摩擦衬面直径较大时,相对滑磨速度大,p应取小些。3.4.5 滑摩功 离合器接合过程中由于主,从动片转速不同,产生相对滑磨,滑磨产生的热量使离合器的摩擦元件温度升高,摩擦系数降低,传递转矩的能力下降,甚至导致摩擦衬面因过热而烧损.可见离合器接合过程中,滑磨功产生的热量是影响离合器寿命的重要因素。离合器接合一次的滑磨功W(J)用下式估算: (3.7)式中eb发动机曲轴的标定角速度(rads);离合器储备系数;J一换算到曲轴上的发动机运动部分的转动惯量,一般按飞轮转动惯量Jm的1.2倍计算(kg.m2)：J=1.2Jo=3.34 kg.m/s2J1换算到离合器从动盘上的发动机的转动惯量计算如下：J1=15.45kgm/s；为额发动机标定角速度；所以209rad/s。3.4.6 从动片及从动盘毂从动片：选材料50热处理HRc40250，外径为160mm。从动盘毂：由于从动盘等于摩擦片外径280mm，Tc=912.5发动机转矩是经从动盘毂的花键孔输出，变速器第一轴花键轴就插在该花键孔内。从动盘毂和变速器第一轴的花键结合方式，目前都采用齿侧定心的矩形花键。花键之间为动配合，这样，在离合器分离和结合过程中，从动盘毂就能在花键轴上自由滑动。可根据从动盘外径选择合适的花键尺寸。表3.3从动盘毂花间尺寸从动盘外径D/mm发动机转矩/N m花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm键齿宽b/mm有效齿长l/mm挤压应力/MPa16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.143080010453656513.545095010524166512.5选用花键类型如表3.4所示：表3.4所选取的花键类型从动盘外径花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm挤压应力D/mm28010353244012.7本从动盘毂材料选用40Cr，并经调质处理，要求满足挤压应力不应超过=20MPa。 花键的尺寸选定后应进行强度校核，由于花键的损坏形式主要是表面受力过大而破坏，所以花键要进行挤压应力校核，如果应力偏大可以适当增加花键毂的轴向长度。挤压应力的计算公式如下： (3.8)式中，P花键的齿侧面压力，N。它由下式确定： (3.9)d，D分别为花键的内外径，m；Z从动盘毂的数目；Temax发动机最大转矩，Nm；n花键齿数；h花键齿工作高度，m；h=(D-d)/2l花键有效长度，m。代入相关数据可得：P=43209.87N，j=12.7MPa。从动盘毅一般都由中碳钢锻造而成，并经调质处理，其挤压应力不应超过20MPa。所以符合要求。3.4.7 压盘的设计对压盘结构设计的要求：1)压盘应具有较大的质量,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1525 mm 。在本设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为25mm。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1520 gcm 。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。鉴于以上原因，本次设计压盘厚度取25mm。在初步确定压盘厚度以后，应校核离合器结合一次的温升，它不应超过810。校核公式：t = (3.10)式中，t为压盘温升(),不超過810；c为压盘的比热容，铸铁：c=544.28 J/(kg)；m为压盘质量(kg)；为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘，=0.50；双片离合器压盘，=0.25；双片离合器中间压盘，=0.50W滑磨功，N.m。m = = h()7800 = 7.8 kg (3.11)取h=25 为铸铁密度，取7800 kg/m，V为压盘估算面积t = =0.2524748/(544.283.1) =3.7 3.4.8 圆柱螺旋弹簧的设计 压紧弹簧沿着离合器压盘圆周布置时，通常都用圆柱螺旋弹簧。螺旋弹簧的两端拼紧并磨平，这样就可使弹簧的两端支撑面较大，各圈受力均匀，且弹簧的垂直度偏差较小。为了保证离合器摩擦片上有均匀的压紧力，螺旋弹簧的数目一般不得少于6个，而且应该随摩擦片外径的增大而增加弹簧的数目。此外，在布置圆柱弹簧时，要注意分离杆的数目，使弹簧均匀布于分离杆之间。因此，弹簧的数目Z应该是分离杆n的倍数：即： (3.12) 式中n为任意正整数。 在设计圆柱螺旋弹簧时，应根据摩擦片D，选定弹簧的数目Z，并根据离合器工作总压力，确定每个弹簧的工作压力p： (3.13) 式中 工作总压力； Z离合器弹簧的数目。 摩擦片外径为200280mm时，周布圆柱螺旋弹簧的数目一般为912个，故取Z=12。 设计上，每一个周布圆柱螺旋弹簧的工作压力P应不超过1000N。周布压紧弹簧的外径通常限制在2730mm之间。这样，便于把同样的压簧装在不 同尺寸的离合器上。有的离合器厂，有时还把用得较多的一些弹簧的工作高度做成相同的尺寸，而用改变钢丝直径和工作圈数的办法，以获得弹簧不同压紧力，有利于压簧在不同的离合器上通用。 弹簧的材料及许用应离合器周布螺旋弹簧的钢丝直径一般在4mm左右，由于其直径不大，周围环境的工作温度特也在正常范围之内，所以弹簧的材料大都选用65Mn钢或碳素弹簧钢。碳素弹簧钢的特点是：价格低廉，原材料来源方便，钢中杂质较少，在相同表面状态及热处理条件下，它的疲劳性能他也不低于合金钢弹簧。锰弹簧钢与碳素弹簧钢比较，优点是：淬性好和强度高，脱碳倾向小，虽然它有过热敏感性和回火脆性的缺点，但锰弹簧钢价格便宜，原材料易得，故很适合于做离合器弹簧。 弹簧材料的许用应力t必须按照弹簧的工作特点来确定。 一般弹簧按工作特点及所受负荷的类型可分为3类： 1) 受动载荷的弹簧； 2) 受静负荷或负荷均匀增加的弹簧； 3) 不重要的弹簧。 由于弹簧的许用应力受材料、负荷特点、制造工艺等因素的影响，因此要根据具体情况规定许用应力值。对于汽车离合器的压簧来说其符合状况介于1类和2类之间，按照目前我国的工艺条件，一般推荐其许用应力t为800Mpa左右。 离合器的压簧由于其簧丝直径较小，可用冷卷法制成，卷成后一般不再淬火处理，只需要低温回火以消除内应力。 弹簧的计算已知摩擦片外径D=280mm，压紧弹簧的数目Z=12，离合器的总压紧P=9420N。弹簧的相关计算如下： 弹簧的总压力P： (3.14) 1) 每一个弹簧的工作压力 (3.15)材料选用65Mn钢 2) 弹簧丝直径 (3.16) 式中，P=557.2N，初选弹簧指数(旋绕比)C=6，曲度系数K=1.25，选 ，代入上式得 取钢丝标准直径为4mm。3） 由结构上确定弹簧的外径 4） 弹簧中径 5） 弹簧指数(旋绕比) 根据标准圆整为7。6） 实际的工作压力 初选弹簧刚度K=40N/mm7） 弹簧的工作圈数 (3.17) 式中，G材料的剪切弹性模数，对于碳钢：取i=2.5圈。8） 弹簧的实际刚度 (3.18)对于离合器压簧来说，希望k尽量小，一般k=2045N/mm。因此 9） 弹簧的总圈数 汽车离合器上一般采用，即每端3/4圈拧紧，并把端部钢丝磨薄至 直径的1/4。因此 10） 弹簧的工作变形 因此 11） 弹簧的附加变形量弹簧的附加变形量即为压盘的分离行程，对于单片离合器，对 于双片离合器。因此取。12） 弹簧的自由高度 式中，弹簧最大负荷的间隙=0.51.5mm。因此 13） 弹簧的工作高度 因此 14） 弹簧的最大负荷 因此 为离合器彻底分离=时的弹簧最大负荷，一般规定校核离合器分离时弹簧的最大负荷较P增加了， 因此符合规定要求。3.4.9 操纵传动的计算(1)操作系统传动比i操在设计操作系统时，为了满足前述对踏板力行程要求，需要根据离合器的分离传动比i分，最终合理地定出操作系统的传动比i操。离合器踏板行程Sn与S压盘的升程有如下关系： (3.19) 式中，So为分离轴承与分离杆之间的间隙，对于没有间隙自动调节机构的离合器来说，So一般为2-4mm；有自动调节机构的，So=0.S为摩擦片与压盘、飞轮之间的间隙，对于单片离合器S=0.75-1.3。双片离合器取S=0.5-0.9mm。Zc为摩擦面数目，单片为2，双片为4。i分=a2/a1。 对于机械传动，。为考虑传动中由于变形等原因造成的行程损失，1。 根据人体工学要求确定踏板行程值Sn，按下式定i操： (3.20) 由i操，校验离合器踏板力Pn是否合适： (3.21)式中，P分为压盘载荷；总为总的系统效率，一般为0.8-0.9，若为杆系机械传动有可能小于0.8。一般离合器i分i操的大致范围如下表所示。表3.3离合器i分i操范围表 压紧弹簧类型 i分 i操 周知螺旋弹簧 3.6-6.2 7-12 膜片弹簧 2.7-5.4 10-16 中央弹簧 7-8 13-153.5 离合器的平衡 为了保证离合器工作的平衡性，离合器的旋转零件和总成均进行静平衡，这对告诉发动机来说尤为重要。 压盘单件的平衡精度不低于1520gcm 从动盘总成的平衡度不低于35gcm 离合器压盘的平衡精度不低于3070gcm 消除不平衡的办法：可在相应零件上钻孔(如在压盘的弹簧导向座上钻孔；或在压盘外圆上钻孔等)，或加平衡块(一般加在从动盘上)。 离合器总成与飞轮的相应位置靠定位销来保证，最后还必须对离合器总成与曲轴飞轮一体进行动平衡。 结 论通过以上对膜片弹簧离合器及液压操纵机构的工作原理的阐述及各构件的计算说明，可以看出离合器操纵机构的设计要从材料，尺寸约束，传递发动机扭矩，驾驶员操作等各方面的综合考虑。计算方面：离合器的主要参数，P0,D2,D1，结果按照基本公式运算得出并通过约束条件，检验合格。操纵机构自由行程符合规格，在此前提下同时也保证了机件具有足够的刚度，在有外部压力的情况下不会轻易变形。设计所得尺寸既符合工作机理的需求又满足安装的要求。选材方面：摩擦片选用石棉基材料，保证其有足够的
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