轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析
轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析,轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析,轎車(chē),膜片,彈簧,離合器,系統(tǒng),設(shè)計(jì),仿真,分析
任 務(wù) 書(shū)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目
轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容
1．設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：
最大轉(zhuǎn)速5000-6000r/min 最大轉(zhuǎn)矩200N·m
最大功率100kw 整備質(zhì)量1560kg 整車(chē)質(zhì)量1830kg
最高車(chē)速185km/h =4.55 =3.11
離合器摩擦片外徑D=250mm 內(nèi)徑d=155mm
摩擦片單位壓力P=0.7Mpa 摩擦因數(shù)f=0.4
2．設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：
設(shè)計(jì)轎車(chē)膜片彈簧離合器，保證轎車(chē)平穩(wěn)起步，主要內(nèi)容包括：膜片彈簧離合器基本參數(shù)的選取、離合器結(jié)構(gòu)的選擇、膜片彈簧離合器主要參數(shù)的計(jì)算及其校核、完成離合器的裝配圖和主要零件圖、三維建模及仿真分析。
3．設(shè)計(jì)主要成果：
繪制工程圖紙（圖紙總量折合A0圖紙不少于2張）；編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明1份（字?jǐn)?shù)不少于1.5萬(wàn)字）；翻譯相關(guān)外文文獻(xiàn)1篇（不少于5000單詞）。
4．主要參考文獻(xiàn)：（多于5篇，且至少有1篇英文文獻(xiàn)）
[1] 史文庫(kù).姚為民.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社，2013.
[2] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M]. 第4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.
[3] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M]. 第5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.
[4] 李濤.王曉廣.劉玉紅.轎車(chē)離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009
[5] 劉青科.畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社，2011.
[6] 趙麗娟. 機(jī)械幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2011.
[7] 孫志禮. 機(jī)械設(shè)計(jì):[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2016.
[8] 陳作模.葛文杰.機(jī)械原理:[D].北京:高等教育出版社.2013
[9] 徐石安.汽車(chē)離合器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.8
[10] 蔡穎，薛慶.?CAD/CAM原理及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006?
[11]Fuchino,M.Ohsono,K.Development?of?Fully?Electronic?Control?Metal?Belt?CVT.International?Conference?on?Continuously?Variable?Power?Transmissions?CVT96,September,1996,Yokohama/Japan,pp.11-12
[12]Kurosawa,M.;Fujikawa,T.;High?Torque?Belt?CVT?with?Torque?Converter.Symposiumon?Control?Systems?for?Motor?Vehicle?Drive?Trains,September?18-19,1997
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作階段安排
第1周—第4周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
第5周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，進(jìn)行開(kāi)題答辯。
第6周—第7周：對(duì)轎車(chē)膜片彈簧系統(tǒng)進(jìn)行總體原理的學(xué)習(xí)和參數(shù)選擇。
第8周—第9周：對(duì)離合器摩擦片外徑尺寸的確定，.根據(jù)摩擦片外徑尺寸對(duì)其他部件總成計(jì)算和設(shè)計(jì)。
第10周—第11周：繪制二維圖，運(yùn)用繪圖軟件進(jìn)行仿真分析。
第12周—第13周：對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正與優(yōu)化。
第14周—第15周：整理設(shè)計(jì)資料，打印輸出，提交設(shè)計(jì)資料。
第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
指導(dǎo)教師簽字：
年 月 日
中文題目：轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析
外文題目：DESIGN AND SIMULATION ANALYSIS OF DIAPHRAGM SPRING CIUTCH SYSTOM FOR CAR
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）共 86 頁(yè)（其中：外文文獻(xiàn)及譯文34頁(yè)） 圖紙共4張
完成日期 2018年6月14日 答辯日期 2018年6月20日
大學(xué)
開(kāi) 題 報(bào) 告
題 目 轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真分析
指 導(dǎo) 教 師
院（系、部）
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
姓 名
日 期
教務(wù)處印制
一、選題的目的、意義和研究現(xiàn)狀
1. 目的、意義
膜片彈簧離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中與發(fā)動(dòng)機(jī)直接聯(lián)系的一個(gè)重要部件，起著保證汽車(chē)平穩(wěn)起步，變速器順利換擋和防止傳動(dòng)器過(guò)載等作用?？焖儆行У脑O(shè)計(jì)方案的建立與論證是加快汽車(chē)用離合器膜片彈簧研究步伐的首要因素。?
設(shè)計(jì)膜片彈簧主要是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)制成試樣試運(yùn)行，再修改原始數(shù)據(jù)，再次試運(yùn)行，如此反復(fù)直到滿足設(shè)計(jì)要求為止。由于現(xiàn)代汽車(chē)工業(yè)在國(guó)際范圍內(nèi)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)離合器的綜合性能和使用效率要求日漸提高，不同客戶(hù)的要求對(duì)于離合器也有著不同的要求，這種既費(fèi)事又費(fèi)力的設(shè)計(jì)方法已不能跟上現(xiàn)代設(shè)計(jì)工程的步伐。因此，研究膜片彈簧力學(xué)性能，采用先進(jìn)的優(yōu)化方法開(kāi)發(fā)新型膜片彈簧離合器將成為離合器設(shè)計(jì)理論的方法體系的發(fā)展趨勢(shì)。?
膜片彈簧離合器相對(duì)于螺旋彈簧離合器有著一系列的優(yōu)點(diǎn)：膜片彈簧的非線性特性使在摩擦片整個(gè)磨損過(guò)程中保證壓盤(pán)受到壓緊力基本保持不變，保證離合器工作性能更穩(wěn)定；膜片彈簧的分離指起到分離杠桿的作用，這樣，省去了多組分離杠桿裝置，零件數(shù)目減少，質(zhì)量也減輕；在滿足相同壓緊力的情況下，膜片彈簧的軸向尺寸較螺旋彈簧小，在有限的空間內(nèi)便于布置，使得離合器的結(jié)構(gòu)更為緊湊；同時(shí)，膜片彈簧時(shí)圓形旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)零件，平衡性好，在高速時(shí)，其壓緊力降低很少。并且隨著制造工藝水平的不斷提高，膜片彈簧離合器越來(lái)越廣泛的運(yùn)用在現(xiàn)代汽車(chē)中。因此，研究轎車(chē)膜片彈簧有著重要的意義。
2. 研究現(xiàn)狀
我國(guó)汽車(chē)業(yè)的高速發(fā)展，帶動(dòng)我國(guó)汽車(chē)離合器市場(chǎng)需求持續(xù)大幅增長(zhǎng)。隨著我國(guó)自動(dòng)擋轎車(chē)的增加，我國(guó)傳統(tǒng)離合器行業(yè)的發(fā)展前景堪憂，不少企業(yè)都在尋求新的持續(xù)發(fā)展的途徑。隨著多種變速箱技術(shù)的發(fā)展和齊頭并進(jìn)，我國(guó)離合器技術(shù)也逐漸由單一的、傳統(tǒng)的摩擦式離合器向多種傳動(dòng)技術(shù)并存的方向發(fā)展。?
??從結(jié)構(gòu)來(lái)講，膜片離合器總成有膜片彈簧、離合器蓋、傳動(dòng)片和分離軸承總成等部分組成，主要部分包括飛輪、離合器蓋、壓盤(pán)等機(jī)件組成，這部分與發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸連在一起。離合器蓋與飛輪靠螺栓連接，壓盤(pán)與離合器蓋之間是靠3~4個(gè)傳動(dòng)片傳遞轉(zhuǎn)矩。從動(dòng)部分是有單片，雙片或多片從動(dòng)盤(pán)組成，它將主動(dòng)部分通過(guò)摩擦傳來(lái)動(dòng)力傳給變速器的輸入軸。
從動(dòng)盤(pán)由從動(dòng)盤(pán)本體，摩擦片和從動(dòng)盤(pán)三個(gè)基本部分組成。為了使汽車(chē)能平穩(wěn)起步，離合器應(yīng)能柔和接合，這就需要從動(dòng)盤(pán)在軸向具有一定彈性。膜片離合器的主要功能主要有：
使汽車(chē)平穩(wěn)起步；中斷給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力，配合換擋；防止傳動(dòng)系過(guò)載。
近年來(lái)，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，任何形式的汽車(chē)都有離合裝置，只是形式不同而已，且電子技術(shù)也進(jìn)入離合系統(tǒng)。?
二、研究方案及預(yù)期結(jié)果。
3. 設(shè)計(jì)方案或論文主要研究?jī)?nèi)容
首先，通過(guò)查找書(shū)籍、論文資料，了解膜片彈簧離合器的工作原理。通過(guò)分析膜片彈簧離合器，對(duì)膜片彈簧離合器進(jìn)行分類(lèi)，闡述膜片彈簧離合器的原理和組成及其特性；計(jì)算摩擦片外徑尺寸，然后根據(jù)該尺寸對(duì)其他部件總成進(jìn)行計(jì)算和設(shè)計(jì)。通過(guò)計(jì)算校核摩擦片外徑尺寸，計(jì)算選擇出其他部件的外形尺寸，再對(duì)其進(jìn)行校核，確定是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)包括對(duì)從動(dòng)盤(pán)總成的設(shè)計(jì)校核，對(duì)壓盤(pán)的設(shè)計(jì)校核，對(duì)離合器蓋的設(shè)計(jì)校核及離合器蓋的設(shè)計(jì)校核和優(yōu)化等
4. 主要解決的問(wèn)題、理論、方法、技術(shù)路線
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，關(guān)鍵問(wèn)題：
1.對(duì)膜片彈簧離合器工作原理的認(rèn)知；
2..對(duì)膜片彈簧離合器的組成及各個(gè)結(jié)構(gòu)的了解；
3.對(duì)離合器摩擦片外徑尺寸的確定。
4.根據(jù)摩擦片外徑尺寸對(duì)其他部件總成計(jì)算和設(shè)計(jì)
5.計(jì)算和校核尺寸
6.對(duì)設(shè)計(jì)的膜片彈簧離合器進(jìn)行三維建模分析
7.機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，檢驗(yàn)該機(jī)構(gòu)是否干澀或者碰撞等不合理因素；
理論：主要應(yīng)用的理論有汽車(chē)設(shè)計(jì)，汽車(chē)構(gòu)造，汽車(chē)?yán)碚?，機(jī)械設(shè)計(jì)等。
設(shè)計(jì)方法：包括查找文獻(xiàn)，閱讀書(shū)籍，以及三維仿真或者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
技術(shù)路線：
5. 論文框架（列出說(shuō)明書(shū)大體結(jié)構(gòu)及提綱）
1.離合器的的簡(jiǎn)介及膜片彈簧的優(yōu)點(diǎn)
2.離合器結(jié)構(gòu)的選取
3.摩擦片尺寸的確定
4.膜片彈簧的設(shè)計(jì)
5.從動(dòng)盤(pán)總成的設(shè)計(jì)
6.壓盤(pán)和離合器蓋的設(shè)計(jì)
7.離合器操縱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
8.建模及仿真分析
6. 預(yù)期結(jié)果
繪制工程圖紙4張（裝配圖2張A0~A1，零件圖2張A2）
編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明1份
翻譯相關(guān)外文文獻(xiàn)1篇
三、研究進(jìn)度
第1周—第4周：畢業(yè)實(shí)習(xí)，收集資料，撰寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。
第5周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，進(jìn)行開(kāi)題答辯。
第6周—第7周：對(duì)轎車(chē)膜片彈簧系統(tǒng)進(jìn)行總體原理的學(xué)習(xí)和參數(shù)選擇。
第8周—第9周：對(duì)離合器摩擦片外徑尺寸的確定，.根據(jù)摩擦片外徑尺寸對(duì)其他部件總成計(jì)算和設(shè)計(jì)。
第10周—第11周：繪制二維圖，運(yùn)用繪圖軟件進(jìn)行仿真分析。
第12周—第13周：對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修正與優(yōu)化。
第14周—第15周：整理設(shè)計(jì)資料，打印輸出，提交設(shè)計(jì)資料。
第16周：畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。
四、主要參考文獻(xiàn)
[1] 史文庫(kù).姚為民.汽車(chē)構(gòu)造[M].北京:人民交通出版社，2013.
[2] 王望予.汽車(chē)設(shè)計(jì)[M]. 第4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.
[3] 余志生.汽車(chē)?yán)碚揫M]. 第5版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2015.
[4] 李濤.王曉廣.劉玉紅.轎車(chē)離合器膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009
[5] 劉青科.畫(huà)法幾何及機(jī)械制圖[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社，2011.
[6] 趙麗娟. 機(jī)械幾何量精度設(shè)計(jì)與檢測(cè)[M].北京:清華大學(xué)出版社，2011.
[7] 孫志禮. 機(jī)械設(shè)計(jì):[M].沈陽(yáng):東北大學(xué)出版社,2016.
[8] 陳作模.葛文杰.機(jī)械原理:[D].北京:高等教育出版社.2013
[9] 徐石安.汽車(chē)離合器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.8
[10] 蔡穎，薛慶.?CAD/CAM原理及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006?
[11]Fuchino,M.Ohsono,K.Development?of?Fully?Electronic?Control?Metal?Belt?CVT.International?Conference?on?Continuously?Variable?Power?Transmissions?CVT96,September,1996,Yokohama/Japan,pp.11-12
[12]Kurosawa,M.;Fujikawa,T.;High?Torque?Belt?CVT?with?Torque?Converter.Symposiumon?Control?Systems?for?Motor?Vehicle?Drive?Trains,September?18-19,1997
五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽字：
9
摘 要
在汽車(chē)行駛過(guò)程中，我們常有這樣的感受：汽車(chē)掛擋起步時(shí)，左腳逐漸抬起離合器踏板，右腳逐漸踏下加速踏板使發(fā)動(dòng)機(jī)供油量增大，才能使汽車(chē)緩緩起步。換擋時(shí)，只有將離合器踏板踏下后，才能避免變速器齒輪打齒沖擊；緊急制動(dòng)時(shí)若來(lái)不及踩離合器踏板時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)都受到很大沖擊，但發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的零部件卻沒(méi)有發(fā)生損壞故障。因此，離合器是直接連接到汽車(chē)動(dòng)力總成發(fā)動(dòng)機(jī)的組件。
本文確定了離合器的基本參數(shù)及尺寸，及其約束條件。之后，依據(jù)推式膜片彈簧離合器的性能要求，對(duì)摩擦片，膜片彈簧，從動(dòng)盤(pán)總成，離合器蓋總成，分離軸承總成及操縱機(jī)構(gòu)等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核，設(shè)計(jì)出一種能滿足汽車(chē)性能需求的離合器。然后依據(jù)所計(jì)算的數(shù)據(jù)畫(huà)出裝配圖和零件圖，且進(jìn)行三維建模和仿真分析。
關(guān)鍵詞：離合器；推式；膜片彈簧；設(shè)計(jì)；
I
Abstract
In the course of car driving, we often have this feeling: when the car starts to start, the left foot gradually raises the clutch pedal, and the right foot step down the accelerator pedal to increase the engine oil supply, in order to make the car start slowly. In shift, only when the clutch pedal is tread can avoid the gear gear impact. When the clutch pedal is too late to step on the clutch pedal, the engine and the transmission system are greatly impacted, but the parts of the engine and transmission system have no damage. Therefore, the clutch is a direct connection with the engine in the drive line of the automobile.
The basic parameters and dimensions of the clutch are determined and its constraint conditions are determined. Then, according to the performance requirements of the push diaphragm spring clutch, the design calculation and check of the friction plate, the diaphragm spring, the slave disk assembly, the clutch cover assembly, the separation bearing assembly and the control mechanism are carried out, and a clutch which can meet the performance requirements of the automobile is designed. Then the assembly drawing and part drawing are drawn based on the calculated data, and 3D modeling and simulation analysis are carried out.
Keywords：Clutch；Push type；diaphragm spring；design
II
目錄
前言 1
1離合器的介紹 2
1.1 離合器概述 2
1.2 離合器的組成及功用 2
1.3膜片彈簧離合器的原理 3
1.4膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn) 3
2離合器結(jié)構(gòu)方案選取 5
2.1 本課題參數(shù)及要求 5
2.2 離合器設(shè)計(jì)基本要求 5
2.3 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.3.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇 6
2.3.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇 6
2.3.3壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式 6
2.3.4分離軸承的選擇 7
2.3.5 離合器的通風(fēng)散熱 7
2.3.6從動(dòng)盤(pán)總成的選擇 7
3離合器主要參數(shù)的選擇 9
3.1 摩擦片主要尺寸的確定 9
3.2 后備系數(shù)β的確定 10
3.3 單位壓力P0的確定 11
3.4摩擦因數(shù)f的選擇 11
3.5 摩擦片的優(yōu)化 11
4膜片彈簧的設(shè)計(jì) 12
4.1 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇 12
4.1.1 H/h 比值的選擇 12
4.1.2 碟簧部分大端半徑R、內(nèi)半徑r及R/r 的比值確定 13
4.1.3 彈簧起始圓錐底角的選擇 13
4.1.4 膜片彈簧小端半徑r0 及分離軸承作用半徑 的選擇 13
4.1.5 分離指數(shù)目n 切槽寬度窗口槽寬及半徑re尺寸選擇 13
4.1.6壓盤(pán)加載點(diǎn)R1 和支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑r1尺寸選擇 13
4.2 膜片彈簧的設(shè)計(jì) 14
4.2.1繪制特性曲線 14
4.3 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇 16
4.4 離合器徹底分離時(shí)分離軸承作用的載荷 17
4.5 分離軸承的行程的計(jì)算 18
4.6 膜片彈簧的強(qiáng)度校核 18
4.7 膜片彈簧的優(yōu)化 19
5從動(dòng)盤(pán)總成設(shè)計(jì) 21
5.1 從動(dòng)盤(pán)的組成形式及要求 21
5.2 從動(dòng)片設(shè)計(jì) 21
5.3 從動(dòng)盤(pán)轂設(shè)計(jì) 21
5.4 花鍵強(qiáng)度校核 22
5.5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì) 23
5.5.1 扭轉(zhuǎn)減振器的功能 23
5.5.2 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇 23
5.5.3 減振彈簧的計(jì)算 25
6壓盤(pán)和離合器蓋的設(shè)計(jì) 27
6.1壓盤(pán)傳動(dòng)方案的選擇 27
6.2壓盤(pán)的材料選擇 27
6.3 壓盤(pán)幾何尺寸的確定 27
6.4離合器蓋的設(shè)計(jì) 28
7離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 29
7.1操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 29
7.1.1 操縱機(jī)構(gòu)的組成及優(yōu)點(diǎn) 29
7.1.2 踏板行程S的計(jì)算 29
7.2 踏板力的計(jì)算 30
7.3 助力器缸直徑計(jì)算 30
7.4分離軸承的選擇 31
8離合器的建模及仿真分析 32
8.1摩擦片和膜片彈簧的三維建模 32
8.2從動(dòng)盤(pán)總成的三維建模 33
8.3離合器蓋總成和操縱機(jī)構(gòu)的三維建模及其離合器總成 35
8.4離合器模型三維仿真分析 37
8.4.1離合器正常狀態(tài)仿真 37
8.4.2離合器工作狀態(tài)仿真 38
8.5壓盤(pán)的有限元分析 40
9轎車(chē)膜片彈簧離合器系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析 43
10結(jié)論 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
前言
膜片彈簧離合器是與發(fā)動(dòng)機(jī)直接接觸的汽車(chē)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的重要組成部分，確保了車(chē)輛的平穩(wěn)啟動(dòng)，確保變速器平穩(wěn)換檔并防止變速器過(guò)載。首要因素是建立和展示一個(gè)快速有效的設(shè)計(jì)方案，以加速汽車(chē)離合器膜片彈簧的研究步伐。?
膜片彈簧的設(shè)計(jì)主要基于經(jīng)過(guò)重復(fù)的經(jīng)驗(yàn)，直到改變?cè)紨?shù)據(jù)滿足設(shè)計(jì)要求，在運(yùn)行樣品測(cè)試后重試。由于現(xiàn)代汽車(chē)行業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈，離合器綜合性能和效率的要求越來(lái)越高。因此，研究膜片彈簧的力學(xué)特性和采用先進(jìn)的優(yōu)化方法開(kāi)發(fā)新型膜片彈簧離合器是離合器設(shè)計(jì)理論方法體系的發(fā)展趨勢(shì)。?
中國(guó)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展導(dǎo)致了中國(guó)汽車(chē)離合器市場(chǎng)需求的持續(xù)增長(zhǎng)，隨著中國(guó)汽車(chē)自動(dòng)檔轎車(chē)的增加，中國(guó)傳統(tǒng)離合器行業(yè)的發(fā)展前景令人擔(dān)憂。許多公司正在尋找可持續(xù)發(fā)展的新途徑，隨著各種技術(shù)和變速箱的發(fā)展，中國(guó)的離合器技術(shù)正逐漸從單一摩擦離合器發(fā)展到各種傳動(dòng)技術(shù)。
1
1離合器的介紹
1.1 離合器概述
在這個(gè)高科技時(shí)代，特別是在交通發(fā)達(dá)的時(shí)代，汽車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。在現(xiàn)實(shí)生活中，有很多種汽車(chē)。在這次設(shè)計(jì)中，我們研究的汽車(chē)以?xún)?nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力。離合器已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)，作為一個(gè)獨(dú)立的部件。到目前為止，國(guó)內(nèi)外汽車(chē)工業(yè)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，大多數(shù)汽車(chē)廠家都采用摩擦離合器。這種離合器的動(dòng)力傳遞取決于主、從動(dòng)件之間的摩擦，它由四種結(jié)構(gòu)裝置組成：主動(dòng)部分、從動(dòng)部分，分離機(jī)構(gòu)和壓縮機(jī)構(gòu)。分離機(jī)構(gòu)是一種能使離合器主、從部分分離的裝置，其它三種機(jī)構(gòu)是其基本結(jié)構(gòu)，使離合器在結(jié)合狀態(tài)時(shí)保持旋轉(zhuǎn)來(lái)傳遞動(dòng)力。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展，在動(dòng)力、速度、扭矩等各個(gè)方面都有了突破，離合器的工作條件也越來(lái)越苛刻。目前，離合器的發(fā)展越來(lái)越引人注目：
1) 保證可靠性，延長(zhǎng)使用壽命；
2) 適應(yīng)高速；
3) 提高轉(zhuǎn)矩傳遞能力；
4) 簡(jiǎn)化操作。
1.2 離合器的組成及功用
對(duì)于以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的汽車(chē)來(lái)說(shuō)，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中作為一個(gè)獨(dú)立的組件存在，而機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的離合器直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連。目前，摩擦離合器廣泛應(yīng)用于各種汽車(chē)中，是一種動(dòng)力傳遞裝置，可以通過(guò)主、從動(dòng)件之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且可以分離。它主要包括四個(gè)部分：主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。
有如下的功能：
（1）當(dāng)汽車(chē)剛剛起步運(yùn)行時(shí)，保證其平穩(wěn)；
（2）當(dāng)變速箱的變速時(shí)，可以減少齒輪之間的沖擊，這種減振過(guò)程通過(guò)離合器快速分離主，從動(dòng)件來(lái)切斷能量傳遞。
（3）當(dāng)主部件和從動(dòng)件相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，傳遞給離合器的扭矩超過(guò)可以傳遞的最大扭矩(即離合器的最大摩擦力矩)，離合器的作用是保護(hù)傳動(dòng)系統(tǒng)不受過(guò)載，這樣以來(lái)導(dǎo)致其功用無(wú)效。在現(xiàn)實(shí)中有許多例子,例如,因?yàn)殡x合器的摩擦片為了
I
防止發(fā)動(dòng)機(jī)突然減速而產(chǎn)生的慣性力矩，汽車(chē)由于緊急制動(dòng)而沒(méi)有將離合器分離。
（4）在傳動(dòng)系統(tǒng)中，具有減振功能。
1.3膜片彈簧離合器的原理
離合器蓋通過(guò)螺栓與飛輪連接。當(dāng)膜片彈簧被壓下時(shí)，離合器處于聯(lián)接狀態(tài)，即膜片彈簧施加在壓盤(pán)上的力為壓緊力。壓緊力導(dǎo)致壓盤(pán)和摩擦盤(pán)之間的摩擦力使摩擦片旋轉(zhuǎn)，摩擦片驅(qū)動(dòng)從動(dòng)盤(pán)總成轉(zhuǎn)動(dòng)，最后，動(dòng)力從從動(dòng)盤(pán)轂的花鍵經(jīng)變速器輸出軸輸出；當(dāng)離合器踏板被緩慢踩下時(shí)，操縱機(jī)構(gòu)讓分離軸承緩慢向前移
如圖1-1 膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)圖
Figure 1-1 diaphragm spring clutch structure diagram
動(dòng)，然后膜片彈簧分離指將壓盤(pán)與從動(dòng)盤(pán)總成分開(kāi)，使從動(dòng)件盤(pán)總成處于單獨(dú)
的狀態(tài)并且沒(méi)有動(dòng)力輸入，切斷發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞。
1.4膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)
目前，膜片彈簧離合器應(yīng)用廣泛，與其獨(dú)特的性能密切相關(guān)：
（1）非線性彈性性能好。
（2）膜片彈簧具有多種功能，例如分離杠桿，還具有壓緊功能。
（3）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)性能穩(wěn)定。
（4）膜片彈簧的壓力分布均勻，與壓盤(pán)沿著圓周接觸，均勻磨損。
（5）摩擦片具有較長(zhǎng)的使用壽命。
3
2離合器結(jié)構(gòu)方案選取
2.1 本課題參數(shù)及要求
本設(shè)計(jì)針對(duì)的車(chē)型是轎車(chē)車(chē)型。
表2-1轎車(chē)基本參數(shù)
Table 2-1 basic car parameters
轎車(chē)基本參數(shù)
整車(chē)質(zhì)量 1830（kg） 整備質(zhì)量 1560（kg）
最大扭矩 200（） 最高車(chē)速 185（km/h）
最大功率 100（kw） 最大轉(zhuǎn)速 5000-6000r/min
壓盤(pán)質(zhì)量 4.5（kg） 后備系數(shù) 1.9
=0.70 f=0.4 Z=2
2.2 離合器設(shè)計(jì)基本要求
為了保證離合器優(yōu)良的工作性能，設(shè)計(jì)離合器請(qǐng)注意：
（1）在任何運(yùn)動(dòng)條件下，不但能保證最大轉(zhuǎn)矩，而且也可存?zhèn)滢D(zhuǎn)矩，防止傳動(dòng)系超過(guò)載荷。
（2）結(jié)合時(shí)離合器要柔順平和，汽車(chē)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)沒(méi)有抖動(dòng)和沖擊。
（3）分離要迅速而徹底。
（4）從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小，以減小齒輪之間的沖擊，減少同步器磨損。
（5）為了保證工作溫度不太高，延長(zhǎng)使用壽命，離合器應(yīng)具有較好的的吸熱能力和通風(fēng)散熱。
（6）它應(yīng)能避免和減弱傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，并且具有吸收振動(dòng)用來(lái)減輕沖擊和降低噪聲的能力。
（7）操縱要簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確，降低駕駛員疲勞感。
（8）結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單、緊湊，質(zhì)量小。
（9）制造過(guò)程有利于裝配、拆卸、維護(hù)和調(diào)整。
隨著汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、電子、電工技術(shù)的飛速發(fā)展和汽車(chē)工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)離合器有著更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。提高離合器的各種性能，延長(zhǎng)其使用壽命，以 適應(yīng)高速發(fā)動(dòng)機(jī)的需要，傳遞足夠大的力矩，離合器的操作應(yīng)該更加簡(jiǎn)化，這已經(jīng)成為離合器的發(fā)展趨勢(shì)。
2.3 離合器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.3.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)的選擇
離合器按照驅(qū)動(dòng)盤(pán)的個(gè)數(shù)分為單片、雙片和多片。單片式離合器體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。因此針對(duì)本設(shè)計(jì)綜合考慮，選用單片離合器。
2.3.2 壓緊彈簧和布置形式的選擇
離合器壓緊裝置可分為中心彈簧，斜置彈簧，膜片彈簧等。膜片彈簧可代替分離杠桿和螺旋彈簧有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：
（1） 理想的非線性彈性性能，彈簧壓力不易變形，即使摩擦片磨損。
（2）它還充當(dāng)一個(gè)獨(dú)立的杠桿和壓縮彈簧。
（3）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，性能也較穩(wěn)定。
（4）較強(qiáng)通風(fēng)散熱性能，使用壽命長(zhǎng)。
（5）平衡性好。
彈簧膜片雖然有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但也有其缺點(diǎn)，即其制造比較復(fù)雜，成本較高，雖然它具有理想的非線性彈性特性。但其非線性彈性性能在生產(chǎn)中不易控制，在加工過(guò)程中，對(duì)尺寸和材料質(zhì)量要求很高。如果在某個(gè)地方打開(kāi)，就很容易產(chǎn)生斷裂?？紤]到各種因素，本設(shè)計(jì)選用膜片彈簧離合器。
本次設(shè)計(jì)采用推式結(jié)構(gòu)。
2.3.3壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
壓力板的驅(qū)動(dòng)方式主要有凸塊-窗孔型、傳力銷(xiāo)型、鍵塊型、彈性傳動(dòng)片型等。前三者的共同缺點(diǎn)其形式是連接器之間存在間隙，從而產(chǎn)生較大的噪聲，相互影響，產(chǎn)生摩擦磨損，從而降低離合器的傳動(dòng)效率。
彈性傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)方式簡(jiǎn)單。三、四組傳動(dòng)件沿罩圓周排列，兩端由鉚釘連接到壓力板和離合器蓋。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)片被拉出，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)被反向驅(qū)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)片受到壓力。
近年來(lái)，彈性傳動(dòng)片被廣泛選用為驅(qū)動(dòng)方式，因此，設(shè)計(jì)中選擇了彈性傳動(dòng)片的驅(qū)動(dòng)方式。
2.3.4分離軸承的選擇
分離桿的力由膜片彈簧承擔(dān)，膜片彈簧通過(guò)分離軸承支撐推力，從而促進(jìn)壓盤(pán)向前移動(dòng)，將壓盤(pán)和摩擦片分離出來(lái)，切斷動(dòng)力的傳遞，使離合器分離，分離杠桿應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度和剛度。
本次設(shè)計(jì)選用選擇角接觸球軸承7011C。
2.3.5 離合器的通風(fēng)散熱
通常情況，壓盤(pán)表面的溫度超過(guò)℃時(shí)，摩擦片的磨損非常嚴(yán)重。因此，為了減少摩擦片的磨損，延長(zhǎng)它的使用壽命，必須保持工作表面溫度適當(dāng)?shù)?，最好低?80℃。且長(zhǎng)時(shí)間的高溫工作會(huì)使摩擦片膠合。
為了防止摩擦片的表面溫度過(guò)高，一般要求摩擦片上開(kāi)散熱槽，在離合器殼上也開(kāi)一些散熱槽。離合器的通風(fēng)散熱措施：摩擦片開(kāi)散熱槽，離合器殼打開(kāi)盡可能多的孔散熱，安裝導(dǎo)流罩。
2.3.6從動(dòng)盤(pán)總成的選擇
從動(dòng)盤(pán)總成包括摩擦片，從動(dòng)片，減振器和從動(dòng)盤(pán)轂等。雖然它對(duì)離合器的性能有著不小的影響，但是其壽命短，所以設(shè)計(jì)的關(guān)鍵主要取決于結(jié)構(gòu)和材料。設(shè)計(jì)時(shí)必須符合以下要求：
（1） 盡可能減小質(zhì)量以減小慣性力矩，從而減少變速器檔位變化對(duì)齒輪的加速損傷。
（2）應(yīng)具有軸向彈性，這樣離合器聯(lián)接平順，好啟動(dòng)，壓力在摩擦表面均勻分布，從而減少磨損。
（3）安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振緩和沖擊。
1.摩擦片要求
離合器的摩擦表面在離合器結(jié)合過(guò)程中會(huì)受到嚴(yán)重的滑動(dòng)磨削，短時(shí)間內(nèi)會(huì)有大量的熱量發(fā)出。因此，摩擦片須具備以下綜合特性：
2） 有著較高的摩擦系數(shù)。
3） 在整個(gè)使用壽命期間，須保持摩擦特性，幾乎不會(huì)損失摩擦系數(shù)。
4） 能在較短的時(shí)間內(nèi)吸收較高的能量，具有良好的耐磨性；
5） 它能承受高載荷的壓盤(pán)，在離合器聯(lián)軸器的過(guò)程中具有良好的性能。
6） 能抵擋高轉(zhuǎn)速下離心力載荷，從而不會(huì)被破壞。
7） 發(fā)動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)動(dòng)力時(shí)，有足夠的強(qiáng)度不會(huì)損耗。
8） 在正常情況下，能與壓盤(pán)飛輪有較好的兼容摩擦。
9） 摩擦表面有較高防污性能，不宜影響摩擦。
10） 該材料質(zhì)量不易大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣性小。
依據(jù)本設(shè)計(jì)情況，選取金屬陶瓷作為摩擦片的材料，摩擦系數(shù)在0.4左右，允許的單位壓力在MPa之間，本設(shè)計(jì)選取0.7MPa。
有兩種方式連接摩擦片和從動(dòng)片，鉚釘連接或粘接。鉚接鉚釘由金屬制成，金屬由較軟的銅或鋁材料制成，連接可靠，易于更換?？捎糜诓y彈簧安裝在從動(dòng)件上，但摩擦區(qū)使用效率不高，使用壽命短，粘接會(huì)增加摩擦面積，但難以更換摩擦片，波形彈簧不能安裝在從動(dòng)片上，從動(dòng)件沒(méi)有軸向彈性?？紤]到以上情況,摩擦板與從動(dòng)件之間的連接為鉚接。
2.從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性
從動(dòng)盤(pán)的軸向彈性可以改變離合器的性能，即離合器聯(lián)接柔軟，摩擦面接觸面積大而均勻，并且由此造成的摩擦損傷小。為了使從動(dòng)盤(pán)在軸向方向上具有彈性，獨(dú)立制造扇形波形彈簧板用鉚釘與從動(dòng)片連接。波形彈簧片的制造材料應(yīng)該是比從動(dòng)片輕薄，具有較好的軸向彈性，由于輕薄質(zhì)量小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也小，適應(yīng)高轉(zhuǎn)速，且彈簧片對(duì)稱(chēng)均勻布置，有較好的彈性。所以，此次設(shè)計(jì)中選用此類(lèi)型的彈簧片。
3離合器主要參數(shù)的選擇
3.1 摩擦片主要尺寸的確定
離合器的最基本尺寸是摩擦片半徑的大小，用其大小來(lái)控制離合器的其它結(jié)構(gòu)。摩擦片大小與離合器傳遞扭矩的能力有很大聯(lián)系。
確定發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和摩擦片材料后，根據(jù)其材料性能預(yù)選取β和P0，接下來(lái)再進(jìn)行下一步的計(jì)算，即初步來(lái)估算摩擦片的外徑。當(dāng)然也可以根據(jù)3-1經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算：
（3-1）
式中，為發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，=200。
為直徑系數(shù)，取值見(jiàn)表3-1，取=17.0 。
表3-1直徑系數(shù)取值范圍
Table 3-1 diameter coefficient range
車(chē)型
直徑系數(shù)
乘用車(chē)
(單片離合器)
(雙片離合器)
最大總質(zhì)量大于14.0t的商用車(chē)
本次設(shè)計(jì)的汽車(chē)為轎車(chē)，則將各參數(shù)值代入式后計(jì)算得 D=240.mm
表3-2 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
Table 3-2 clutch size series and parameters
外徑D/mm
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
405
430
內(nèi)徑d/mm
110
125
140
150
155
165
175
190
195
205
220
230
厚度h/
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4
4
4
4
c=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.620
0.589
0.583
0.585
0.585
0.540
0.543
0.535
1－
0.676
0.667
0.657
0.703
0.762
0.796
0.802
0.800
0.827
0.843
0.840
0.847
單位面積F/
106
132
160
221
302
402
466
546
678
729
908
1037
根據(jù)表3-2來(lái)預(yù)選取摩擦片尺寸：外徑D=250mm，內(nèi)徑d=155mm，厚度b=3.5mm，內(nèi)徑與外徑比值c=0.620，1-=0.762。
3.2 后備系數(shù)β的確定
后備系數(shù)β主要反映離合器最大轉(zhuǎn)矩傳遞的可靠性，是離合器設(shè)計(jì)中一個(gè)極其重要的參數(shù)。
合適的后備系數(shù)β可以可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩，降低了離合器的滑動(dòng)功率，延長(zhǎng)了離合器的使用的使用時(shí)間。
選擇β時(shí)，應(yīng)考慮下面幾點(diǎn)：
1)無(wú)論摩擦片是否發(fā)生磨損離合器仍可以傳送發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩。
2)不要讓離合器滑磨的時(shí)間太長(zhǎng)。
3)要避免傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載。
因此，為使離合器的尺寸不大，減少了傳動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)載，β不宜選用太大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的備用功率大時(shí)且工作狀況優(yōu)良時(shí)，β應(yīng)盡可能的減小。在惡劣環(huán)境下使用時(shí)，如果需要拖曳拖車(chē)，為了盡可能的減少離合器的相對(duì)滑動(dòng)，增強(qiáng)它的起步能力，應(yīng)選用較大的β，對(duì)于總質(zhì)量相對(duì)較大的貨車(chē)，應(yīng)選用β大些；當(dāng)用柴油機(jī)時(shí)，工作相對(duì)粗糙，扭矩不穩(wěn)定，因此β值應(yīng)大些。
汽車(chē)離合器的后備系數(shù)β選用如表3-3：
表3-3離合器后備系數(shù)取值范圍
Table 3-3 range of clutch reserve coefficient value range
車(chē)型
后備系數(shù)β
乘用車(chē)及最大總質(zhì)量小于6t的商用車(chē)
1.20～1.75
最大總質(zhì)量為6～14t的商用車(chē)
1.50～2.25
掛車(chē)
1.80～4.00
本設(shè)計(jì)的是轎車(chē)離合器，考慮到汽車(chē)的實(shí)際工作情況以及壓緊彈簧采用了膜片彈簧，因此本次設(shè)計(jì)的離合器后備系數(shù)選擇。
3.3 單位壓力P0的確定
金屬陶瓷材料的單位許用壓力范圍為，本設(shè)計(jì)選取=0.70。
3.4摩擦因數(shù)f的選擇
摩擦片的摩擦系數(shù)取決于摩擦片使用的材料，及工作溫度，單位壓力和滑磨速度等因素。
表3-4 摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍
Table 3-4 range of friction factors of friction materials
摩擦材料
摩擦因數(shù)
石棉基材料
模壓
0.20～0.25
編織
0.25～0.35
粉末冶金材料
銅基
0.25～0.35
鐵基
0.30～0.50
金屬陶瓷材料
0.4
本設(shè)計(jì)摩擦片選用得是金屬陶瓷材料。 根據(jù)表2.4，取 =0.4。
3.5 摩擦片的優(yōu)化
1) 摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)滿足最大圓周速度VD不超過(guò) m/s
11） 為了確保扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d 必須大于減振器彈簧位置直徑2R0約50mm
12） 為了反映離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩并保護(hù)超載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于其許用值，即
（3-2）
（3-3）
符合要求。
13） 為減少汽車(chē)啟動(dòng)過(guò)程中離合器打滑，防止摩擦面過(guò)熱粘合，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功應(yīng)小于其使用值
-----單位摩擦面積滑磨功（J/mm）
-----汽車(chē)總質(zhì)量
-----輪胎輪胎滾動(dòng)半徑
-----汽車(chē)起步時(shí)所用變速器的檔位傳動(dòng)比
-----主減速傳動(dòng)比
-----發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
由上述計(jì)算結(jié)果可知，摩擦片參數(shù)選擇符合要求。
4膜片彈簧的設(shè)計(jì)
膜片彈簧是離合器的關(guān)鍵部件。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)參考樣品初步確定膜片彈簧的設(shè)計(jì)尺寸，然后對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化 。最后，選擇適宜的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。
4.1 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇
4.1.1 H/h 比值的選擇
H/h的比值對(duì)膜片彈簧的彈性特性影響極大，為確保離合器的壓緊力變化幅度不大和操作簡(jiǎn)便準(zhǔn)確，離合器所用膜片彈簧的H/h一般為，板厚h為mm 。
4.1.2 碟簧部分大端半徑R、內(nèi)半徑r及R/r 的比值確定
R/r越大彈簧材料利用率越低，彈簧更加硬，彈簧彈性性能曲線受直徑誤差的影響越大，且應(yīng)力越大。根據(jù)其結(jié)構(gòu)的布置和壓緊力的要求，R/r一般為。為了讓摩擦片所受到的摩擦力均勻，推式膜片彈簧的R值應(yīng)取為大于或等于摩擦片的平均半徑。
4.1.3 彈簧起始圓錐底角的選擇
膜片彈簧自由狀態(tài)下與內(nèi)截高度H 關(guān)系緊密，
=arctanH/(R-r) H/(R-r),一般在范圍內(nèi)。
4.1.4 膜片彈簧小端半徑r0 及分離軸承作用半徑 的選擇
的值主要由結(jié)構(gòu)決定其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵軸半徑,且＞
4.1.5 分離指數(shù)目n 切槽寬度窗口槽寬及半徑re尺寸選擇
分離指目n常取 18
= = 選取
的取值應(yīng)滿足 = 85
4.1.6壓盤(pán)加載點(diǎn)R1 和支撐環(huán)加載點(diǎn)半徑r1尺寸選擇
膜片彈簧的剛度受R1 和 r1 的取值影響，r1 應(yīng)略大于r 且相差不要大， R1 應(yīng)略小于R且盡可能的接近。
R1 = 117 mm r1 = 96 mm
如圖 4-1 膜片彈簧尺寸示意圖
Figure 4-1 diaphragm spring size diagram
表4-1 膜片彈簧尺寸表
Table 4-1 diaphragm spring size table
H
4.5mm
h
2.6mm
H/h
1.73
R /mm
120
r /mm
94
R1 / mm
117
r1 /mm
96
/mm
3.5
/mm
9
α
10o
/mm
85
/mm
27
/mm
29
4.2 膜片彈簧的設(shè)計(jì)
4.2.1繪制特性曲線
工作壓力F1和膜片彈簧在壓盤(pán)接觸點(diǎn)出的軸向變形關(guān)系式如下：
（4-1）
———彈性模數(shù)，鋼材料取
———泊松比，鋼材料取
h ———彈簧厚度，2.6 mm
H ———彈簧部分內(nèi)截錐高，4.5 mm
———最大變形量， 4.8mm
R ———碟簧部分外半徑 ， 120mm
r ———碟簧部分內(nèi)半徑 ，94 mm
R1 ———膜片彈簧與壓盤(pán)，117mm
r1 ———支撐環(huán)平均半徑 ，96 mm
設(shè) （4-2）
（4-3）
因此公式（4-1）就變成
（4-4）
（4-5）
（4-6）
（4-7）
表4-2 及 的值表
Table 4-2 and C values
0.1
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
0.089
0.164
0.276
0.342
0.373
0.377
0.363
0.340
0.317
0.303
0.339
0.406
0.26
0.52
1.04
1.56
2.08
2.6
3.12
3.64
4.16
4.52
5.20
5.72
1113
2052
3453
4279
4667
4717
4542
3966
3791
3854
4242
4080
如圖4-2 特性曲線
Figure 4-2 characteristic curve
4.3 膜片彈簧工作點(diǎn)位置的選擇
離合器結(jié)合時(shí)膜片彈簧的大端變形量為
3.3 mm
根據(jù)公式 （4.5）（4.6）（4.7）算出離合器結(jié)合時(shí)膜片彈簧的壓緊力F1
A點(diǎn)：摩擦片摩擦損傷的極限位置，根據(jù)B點(diǎn)
———摩擦片的總工作面數(shù)
———摩擦片最大磨損量，
mm
C點(diǎn)： 離合器分離時(shí)膜片彈簧的工作位置，一般在特性曲線的凹點(diǎn)附近，C點(diǎn)的位置取決于壓盤(pán)升程
1.5 mm
———徹底分離時(shí)每對(duì)摩擦片之間的間隙，單片 = mm
離合器完完全全分離時(shí)，膜片彈簧產(chǎn)生的變形量為
mm
mm
4.4 離合器徹底分離時(shí)分離軸承作用的載荷
由公式
（4-8）
（4-9）
（4-10）
（4-11）
即
1762 N
4.5 分離軸承的行程的計(jì)算
膜片彈簧和壓盤(pán)接觸處的軸向變形 和小端分離軸承處的軸向變形 的關(guān)系式
5.21 mm
———壓盤(pán)的行程
根據(jù)公式
0.822 （4-12）
0.711 （4-13）
（4-14）
4.82mm
10.03 mm
4.6 膜片彈簧的強(qiáng)度校核
膜片彈簧的最大變形 4.8 mm
(4-15)
1653MPa1700MPa
4.7 膜片彈簧的優(yōu)化
1) 為了保證各工作點(diǎn)，A、B、C有較合適的位置，（A點(diǎn)咋凸點(diǎn)M左邊，B點(diǎn)在拐點(diǎn)H附近，C點(diǎn)在凹點(diǎn)N附近，）應(yīng)正確選擇 相對(duì)于拐點(diǎn)的位置。
2） 為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的H/h與初始第錐角應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即
3）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定范圍，即
4）為了讓摩擦片所受到的壓緊力均勻分布，推式膜片彈簧的壓盤(pán)加載半徑R1應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即
5）
6）膜片彈簧的分離指充當(dāng)分離杠桿，所以杠桿比例應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即
根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可知，膜片彈簧符合要求。
47
5從動(dòng)盤(pán)總成設(shè)計(jì)
從動(dòng)盤(pán)是離合器的主要部件。在設(shè)計(jì)時(shí)，其結(jié)構(gòu)形式(是否帶有扭轉(zhuǎn)減振器)和從動(dòng)片的結(jié)構(gòu)形式(整體、分開(kāi)、混合式)應(yīng)該先確定。從動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)對(duì)離合器在工作過(guò)程中的性能有很大的影響，因此應(yīng)擇優(yōu)設(shè)計(jì)最合適的從動(dòng)盤(pán)總成。
5.1 從動(dòng)盤(pán)的組成形式及要求
從動(dòng)盤(pán)的組成：從動(dòng)盤(pán)主要由從動(dòng)片、摩擦片及從動(dòng)盤(pán)轂和扭轉(zhuǎn)減振器等組成。
從動(dòng)盤(pán)應(yīng)具有的要求：
1）為了減輕變速器在換擋時(shí)齒輪之間產(chǎn)生的沖擊力，從動(dòng)件的質(zhì)量應(yīng)盡可能小即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。
2）為了讓汽車(chē)啟動(dòng)時(shí)狀態(tài)平穩(wěn)，摩擦表面所受到的壓力均勻分布，從動(dòng)盤(pán)應(yīng)該具有軸向彈性。
3）為了盡可能避免傳動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩共振，減輕沖擊所產(chǎn)生的載荷，傳動(dòng)盤(pán)內(nèi)應(yīng)有扭轉(zhuǎn)減振器。
4）要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
5.2 從動(dòng)片設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)，采用分開(kāi)式，應(yīng)使從動(dòng)片的重量盡可能的小，且使質(zhì)量盡可能接近旋轉(zhuǎn)中心分部，這樣就可以得到較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣性。從動(dòng)片通常由mm的薄鋼板制成。
本設(shè)計(jì)選取從動(dòng)片的厚度選擇為2mm。
5.3 從動(dòng)盤(pán)轂設(shè)計(jì)
根據(jù)參考資料表5-1選定花鍵標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時(shí)花鍵的結(jié)構(gòu)尺寸可根據(jù)從動(dòng)盤(pán)外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩選取，選取從動(dòng)盤(pán)轂直徑。
表5-1 從動(dòng)盤(pán)轂花鍵的尺寸
Table 5-1 size of the hub Flower Key
摩擦片
外徑
D/mm
發(fā)動(dòng)機(jī)的
最大轉(zhuǎn)矩
Temax/N·m
花鍵尺寸
擠壓應(yīng)力
/Mpa
齒數(shù)
n
外徑
D′/mm
內(nèi)徑
d′/mm
齒厚
t/mm
有效齒長(zhǎng)
l/mm
160
49
10
23
18
3
20
9.8
180
69
10
26
21
3
20
11.6
200
108
10
29
23
4
25
11.1
225
147
10
32
26
4
30
11.3
250
196
10
35
28
4
35
10.2
280
275
10
35
32
4
40
12.5
300
304
10
40
32
5
40
10.5
325
373
10
40
32
5
45
11.4
350
471
10
40
32
5
50
13.0
查得n=10，D′=35mm，d′=28mm，t=4mm，l=35mm，=10.2MPa。
5.4 花鍵強(qiáng)度校核
（5-1）
（5-2）
D′d′-----分別是花鍵的外內(nèi)徑；
Z-----從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目；
n-----花鍵齒數(shù)；
h-----花鍵齒工作高度，
l -----花間有效長(zhǎng)度，
-----發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩;
帶入數(shù)據(jù)得，MPaMPa, 所選花鍵尺寸正確。
5.5 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)
5.5.1 扭轉(zhuǎn)減振器的功能
1) 減少了發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸和傳動(dòng)系統(tǒng)的接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)固有頻率。
2) 增加傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振影響振幅，并減弱因沖擊力而生的瞬態(tài)扭振。
3）減輕變速箱系統(tǒng)在不穩(wěn)定工況下的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，提高離合器在接合狀態(tài)時(shí)的柔順性。
5.5.2 扭轉(zhuǎn)減振器主要參數(shù)的選擇
1）極限轉(zhuǎn)矩
極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂缺口之間的間隙 時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷(xiāo)起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。
（5-3）
300 Nm
2）扭轉(zhuǎn)剛度
為了避免引起傳動(dòng)系統(tǒng)共振，要合理選擇減振器的扭轉(zhuǎn)角剛度，使共振現(xiàn)象不發(fā)生在發(fā)動(dòng)機(jī)正常的工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
3）阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩
由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度 受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的影響限制，不可能很低，所以為了在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效抵消振，必須合理選擇減振器阻尼裝
置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩。
（5-4）
4）預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
減振彈簧在安裝時(shí)有一定的預(yù)緊力。增加，其共振頻率將向減小頻率的方向移動(dòng)，這是有益處的。但是，不應(yīng)該大于 不然將會(huì)反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作。
（5-5）
5）減振彈簧位置半徑
的尺寸應(yīng)盡可能的大些， （5-6）
6）極限轉(zhuǎn)角
減振器從預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 增加到極限轉(zhuǎn)矩時(shí) 時(shí)，從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的極限轉(zhuǎn)角為
（5-7）
為減振彈簧的的工作變形量
7）減振彈簧剛度k :
K= （5-8）
8） 減振彈簧個(gè)數(shù)由下表5-2選擇，本設(shè)計(jì)D=250mm，Z=6。
表5-2減振彈簧參數(shù)
Table 5-2 damping spring parameters
離合器摩擦片外徑D/mm
減振彈簧數(shù)量Z
225～250
250～325
325～350
>350
4～6
6～8
8～10
10以上
9）減振彈簧總壓力
當(dāng)限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂之間的間隙和被消除，減振彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值時(shí)，減振彈簧受到的壓力
（5-9）
5.5.3 減振彈簧的計(jì)算
1）彈簧中徑一般由結(jié)構(gòu)布置決定，=mm
選擇 =26mm
2）彈簧鋼絲直徑 （5-10） 式中，扭轉(zhuǎn)許用應(yīng)力]可取550～600Mpa,故取為600Mpa
取d=4 mm
3）減振彈簧最小高度24.4mm
n 為彈簧的總?cè)?shù)
4）減振彈簧變形量: 指減振彈簧在最大工作負(fù)荷下所生產(chǎn)的最大壓縮變形
3.85 mm （5-11）
5) 減振彈簧自由高度
28.25mm （5-12）
6）減振彈簧的預(yù)變形 ：減振彈簧安裝時(shí)的預(yù)緊壓縮變形
0.25 mm （5-13）
安裝工作高度28mm （5-14）
7）從動(dòng)盤(pán)相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的最大轉(zhuǎn)角
（5-15）
（5-16）
8）限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂缺口側(cè)邊的間隙 取
9）限位銷(xiāo)的安裝尺寸 ： 58 mm
10）限位銷(xiāo)直徑 10 mm
6壓盤(pán)和離合器蓋的設(shè)計(jì)
6.1壓盤(pán)傳動(dòng)方案的選擇
壓盤(pán)和離合器蓋常見(jiàn)的連接方式凸臺(tái)式連接方式、鍵式連接方式、銷(xiāo)式連接方式和傳動(dòng)片式連接方式。依本次設(shè)計(jì)的具體情況考慮，選為傳動(dòng)片傳動(dòng)。共3組，每組為3片，長(zhǎng)，寬，厚度分別為75mm，15mm，1mm 。傳動(dòng)片由彈簧鋼60Si2MnA制作而成。
6.2壓盤(pán)的材料選擇
壓盤(pán)應(yīng)具有較大的質(zhì)量、較大的剛度、受熱變形小、有較高的摩擦因子。
選擇灰鑄鐵HT150 硬度為 HBS。
6.3 壓盤(pán)幾何尺寸的確定
根據(jù)摩擦片的尺寸確定壓盤(pán)的尺寸大小。首先確定壓盤(pán)尺寸為= 254 mm ，= 150 mm。最后確定壓盤(pán)厚度：
1）壓盤(pán)的質(zhì)量應(yīng)足夠大
壓盤(pán)在工作過(guò)程中由于滑磨的存在，結(jié)合一次會(huì)產(chǎn)生大量熱量，而每次結(jié)合的時(shí)間又很短，因此，熱量不會(huì)及時(shí)散布在空氣中，且摩擦副的溫度升高。由于在其不好的工作路況下由于頻繁使用離合器，這種升溫情況變得更加嚴(yán)重。溫度升高不僅僅會(huì)引起摩擦片系數(shù)下降，加速磨損，而且溫度過(guò)高嚴(yán)重時(shí)后就會(huì)導(dǎo)致摩擦片的燒灼損壞。
由于石棉等有機(jī)材料的摩擦片導(dǎo)熱性能差，滑動(dòng)磨削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量主要被壓盤(pán)和飛輪的部分吸收。所以，壓盤(pán)應(yīng)具有足夠大的質(zhì)量來(lái)吸收摩擦所產(chǎn)生的熱量。
2）壓盤(pán)的剛度應(yīng)足夠強(qiáng)
壓盤(pán)的剛度應(yīng)該足夠大且形狀選擇應(yīng)合理，讓其離合器徹底分離，不會(huì)因加熱條件下產(chǎn)生翹曲和變形的影響。
鑒于上述兩個(gè)原因，壓板的厚度較厚，并具有一定的錐度以補(bǔ)償壓盤(pán)熱變形引起的內(nèi)邊緣的突起。另外，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)，要注意加強(qiáng)氣流冷卻。首先確定壓盤(pán)厚度為20mm。
壓盤(pán)的質(zhì)量計(jì)算：
（6-1）
3）壓盤(pán)在設(shè)計(jì)時(shí)，，應(yīng)校核壓盤(pán)與離合器相結(jié)合一次時(shí)所產(chǎn)生的溫度上升，它的變化不應(yīng)超過(guò)
校核公式： （6-2） T-----升高溫度；
W-----滑磨功 ；
C-----壓盤(pán)的比熱容 J/(kg·K)；
----分配在壓盤(pán)的熱量百分比單片離合器壓盤(pán)=0.5；
------壓盤(pán)質(zhì)量；
根據(jù)上述計(jì)算，壓盤(pán)符合要求。
6.4離合器蓋的設(shè)計(jì)
離合器蓋和飛輪用螺栓連接在一起，部分扭矩被送到壓盤(pán)上。此外，它也是離合器壓緊彈簧的支撐外殼。在設(shè)計(jì)時(shí)注意以下幾點(diǎn)。
1） 剛度的問(wèn)題：
壓縮彈簧的支撐鉚釘支撐在離合器蓋上。如果蓋子不夠堅(jiān)固，離合器分離時(shí)，蓋可能會(huì)發(fā)生很大的變形，這可能會(huì)降低離合器操作和分離的傳動(dòng)效率，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致分離的不完整，變速器換檔困難。
2） 通風(fēng)散熱的問(wèn)題：
為了讓離合器的溫度降低，離合器蓋上有許多通風(fēng)孔。
3） 對(duì)中問(wèn)題：
離合器蓋內(nèi)有壓盤(pán)。壓緊彈簧等部件，因此相對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪曲軸中心線居中，否則會(huì)破壞整體平衡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致離合器不能正常工作。
對(duì)中方法通常有兩種：一種是止口對(duì)中，鑄造離合器蓋的外蓋與飛輪上的內(nèi)軸套對(duì)齊。第二種是用定位螺栓對(duì)中。本次設(shè)計(jì)使用定位螺栓孔進(jìn)行對(duì)中。
離合器蓋材料的選擇：5毫米的低碳鋼沖壓成復(fù)雜的形狀。
7離合器操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7.1操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
7.1.1 操縱機(jī)構(gòu)的組成及優(yōu)點(diǎn)
膜片彈簧離合器采用由離合器踏板，主缸，工作缸，管路系統(tǒng)，復(fù)位彈簧等組成的液壓控制操縱機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用液壓式操縱機(jī)構(gòu)。
優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高，質(zhì)量低，布局方便。
7.1.2 踏板行程S的計(jì)算
踏板行程S由自由行程S1和工作行程S2組成
如圖7-1 液壓式操縱機(jī)構(gòu)示意圖
Figure 7-1 schematic diagram of hydraulic control mechanism
91.12 mm （7-1）
------分離軸承的自由行程，一般為取2.5mm , 反映到踏板上的自由 為；
------分別為主缸和工作缸直徑；
Z-------為摩擦片面數(shù)；
------當(dāng)離合器分離時(shí)，對(duì)偶摩擦面之間的間隙，
單片=mm =1mm；
為杠桿尺寸。
7.2 踏板力的計(jì)算
142.6N （7-2）
------為離合器分離時(shí)壓緊彈簧對(duì)壓盤(pán)的總壓力，當(dāng)離合器徹底分離時(shí)C點(diǎn)的力；mm根據(jù)公式（4-5）（4-6）（4-7）計(jì)算 ；
-------操縱機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比 ；
-------機(jī)械效率，液壓式 % ，取 =85% ；
-------為了克服恢復(fù)彈簧1,2的張力所需的踏板力，初始計(jì)算可忽略不計(jì)。
7.3 助力器缸直徑計(jì)算
助力器缸直徑為,根據(jù)踏板力=142.6。
離合器工作缸活塞上的輸出力由兩部分組成，即為踏板力和氣助力之和。
（7-3）
因?yàn)橥ㄟ^(guò)分離撥叉和離合器分離桿放大后成，故和之間有如下關(guān)系：
（7-4）
（7-5）
（7-6）
= 12.5mm
初選液壓工作缸直徑為40mm, 助力氣缸直徑為12.5mm，主缸直徑為25mm。
7.4分離軸承的選擇
根據(jù)花鍵外徑，分離軸承作用半徑 選擇角接觸球軸承7011C
表7-1分離軸承尺寸參數(shù)表
Table 7-1 dimension parameter table of separation bearing
型號(hào)
軸承內(nèi)徑d
軸承外徑D
軸承寬度B
額定動(dòng)載荷Cr
額定靜載荷C0r
7011C
55mm
90mm
18mm
37.2 kN
30.5 kN
由上表可知分離軸承的尺寸及載荷D=90mm，d=55mm，B=18mm，Cr=37.2kN,
C0r =30.5kN。
收藏