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SY-025-BY-3
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
系部
汽車(chē)工程系
專(zhuān)業(yè)、班級(jí)
指導(dǎo)教師姓名
職稱(chēng)
助教
從事
專(zhuān)業(yè)
車(chē)輛工程
是否外聘
□是□否
題目名稱(chēng)
輕型車(chē)膜片彈簧離合器設(shè)計(jì)
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
目前國(guó)產(chǎn)離合器已經(jīng)能夠全面覆蓋國(guó)內(nèi)各種車(chē)型產(chǎn)品并具有足夠的研發(fā)、制造和供貨能力，干摩擦式離合器仍將是“十一五”期間汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中的主要應(yīng)用部件。在技術(shù)目標(biāo)方面，離合器的可靠性和壽命指標(biāo)要達(dá)到或接近國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，傳遞轉(zhuǎn)矩超過(guò)3000牛米的大容量重型離合器要形成批量供貨，要掌握AT、LTD、DCT和DMF等關(guān)鍵技術(shù)，在離合器及其電子操控系統(tǒng)的集成開(kāi)發(fā)方面取得突破，建立離合器的綜合自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，以及建立模擬工況和實(shí)車(chē)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，形成更為完善的離合器產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系。
對(duì)于輕型車(chē)，發(fā)動(dòng)機(jī)傳出的轉(zhuǎn)矩較小，目前廣泛采用單片干式摩擦離合器，其中膜片彈簧式離合器因有眾多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用。分離操縱機(jī)構(gòu)多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的機(jī)械式操縱機(jī)構(gòu)，鋼絲繩索軟軸式的操縱機(jī)構(gòu)。
膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)曾經(jīng)都是采用壓式結(jié)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。目前，膜片彈簧離合器的壓式操縱已為拉式結(jié)構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支撐圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、零件減少、拆卸方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支持圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支撐圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程。
在摩擦片方面，國(guó)生產(chǎn)的汽車(chē)摩擦材料品種(配方)比較單一，大多是一種配方用于多種車(chē)型，這不僅使摩擦材料的效益不能充分發(fā)揮，而且與我國(guó)幅員遼闊，路況不一的地理?xiàng)l件極不相稱(chēng)。國(guó)外摩擦材料產(chǎn)品品種較多，大體上是按所能承擔(dān)的負(fù)載(溫度、速度、比壓)耐磨性能分檔，同時(shí)列出所能覆蓋的車(chē)種，如小客車(chē)、載貨車(chē)等。用戶根據(jù)汽車(chē)車(chē)型種類(lèi)、使用條件和要求選配。例如，前西德TEXTAR公司在1976年即具有20種汽車(chē)鼓式制動(dòng)襯片配方，并完整地提供產(chǎn)品的摩擦系數(shù)、速度、溫度、壓力和磨損特性。
我國(guó)汽車(chē)摩擦材料類(lèi)別(材質(zhì)、工藝)開(kāi)發(fā)在近10年來(lái)已取得很大進(jìn)展，如半金屬無(wú)石棉盤(pán)式襯塊和石棉布基纏繞離合器面片的開(kāi)發(fā)與制造已取得效益，而國(guó)外先進(jìn)國(guó)家卻已取消有石棉的汽車(chē)摩擦材料產(chǎn)品的制造，對(duì)于汽車(chē)離合器面片全部采用纏繞制品。因?yàn)槔p繞制品高速旋轉(zhuǎn)的抗破裂強(qiáng)度高，接合平穩(wěn)性好，適合高速汽車(chē)的需要。
產(chǎn)品系列化在我國(guó)目前還未成定局，這是由于受到眾多引進(jìn)汽車(chē)的困擾，但許多廠家已作了有益的探索。
由于石棉對(duì)人體具有致癌作用，從70年代起，國(guó)外就出現(xiàn)了汽車(chē)摩擦材料無(wú)石棉化的發(fā)展趨勢(shì)。以鋼、陶瓷、玻璃代替石棉增強(qiáng)纖維，所制成的無(wú)石棉摩擦材料不僅避免了環(huán)境污染，而且還具有高溫摩擦系數(shù)穩(wěn)定、磨損小的優(yōu)點(diǎn)。目前，美國(guó)生產(chǎn)的汽車(chē)摩擦材料已全部采用了無(wú)石棉材料，而歐洲國(guó)家的新車(chē)前輪盤(pán)式制動(dòng)器制動(dòng)襯片基本采用了無(wú)石棉制品，后輪鼓式制動(dòng)制動(dòng)襯片部分采用石棉制品，日本也在積極開(kāi)展無(wú)石棉汽車(chē)摩擦材料的開(kāi)發(fā)。
我國(guó)汽車(chē)摩擦材料目前絕大部分仍是石棉制品，只有少數(shù)引進(jìn)的轎車(chē)生產(chǎn)廠家采用了無(wú)石棉汽車(chē)摩擦材料，但無(wú)石棉汽車(chē)摩擦材料的研究與開(kāi)發(fā)引起了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家及科研單位的高度重視。
2、選題目的、意義
隨著國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，汽車(chē)這個(gè)昔日的奢侈品逐漸走進(jìn)更多的尋常百姓家，汽車(chē)的市場(chǎng)需求也逐漸增大，而日益嚴(yán)峻的資源、環(huán)境問(wèn)題也逐漸成為汽車(chē)發(fā)展的影響因素，為了保證汽車(chē)市場(chǎng)的穩(wěn)健發(fā)展，又保證合理利用資源、保護(hù)環(huán)境，我們需要更先進(jìn)的汽車(chē)制造技術(shù)。進(jìn)行離合器的設(shè)計(jì)，就是要從最基本做起，積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)教訓(xùn)，為將來(lái)從事相關(guān)事業(yè)打好基礎(chǔ)，最終推動(dòng)汽車(chē)事業(yè)的發(fā)展。
二、設(shè)計(jì)（論文）的基本內(nèi)容、擬解決的主要問(wèn)題
1、研究的基本內(nèi)容
（1）、離合器結(jié)構(gòu)方案的確定
（2）、離合器基本參數(shù)的計(jì)算
（3）、摩擦離合器的滑磨及其熱工況
（4）、離合器工作過(guò)程的圖分析法
（5）、離合器主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
（6）、離合器操縱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
（7）、CAD繪制裝配圖、零件圖
2、擬解決的主要問(wèn)題
（1）、通過(guò)資料，掌握離合器的設(shè)計(jì)方法
（2）、選擇設(shè)計(jì)所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，確定離合器結(jié)構(gòu)方案
（3）、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，確定個(gè)元件的參數(shù)、尺寸，完成CAD圖紙
（4）、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)格式規(guī)范，設(shè)計(jì)思路清晰，方案選擇合理，具有可行性，圖紙繪制符合制圖標(biāo)準(zhǔn),結(jié)構(gòu)合理，滿足設(shè)計(jì)要求。
壓緊彈簧布置形式選擇
三、技術(shù)路線（研究方法）
結(jié)構(gòu)方案分析
選擇輕型車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)
膜片彈簧支撐形式
壓盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式
從動(dòng)盤(pán)數(shù)量選擇
離合器主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
離合器基本參數(shù)、膜片彈簧基本參數(shù)的計(jì)算與優(yōu)化
離合器主要參數(shù)選擇
繪制裝配圖、零件圖
操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
四、進(jìn)度安排
（1）資料收集、學(xué)習(xí)，完成開(kāi)題報(bào)告 第1~2周（3月2日~3月15日）
（2）選擇設(shè)計(jì)所需要的發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)，初步確定結(jié)構(gòu)方案 第 3 周（3月16日~3月22日）
(3) 離合器主要參數(shù)的選擇 第4~5周（3月23日~4月5日）
（4）離合器基本參數(shù)、膜片彈簧基本參數(shù)的選擇與優(yōu)化 第 6~ 8 周（4月6日~4月26日）
（5）離合器主要零部件的設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 第9 ~11周（4月27日~5月17日）
（6）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，完成圖紙繪制 第12~14周（5月18日~6月7日）
（7）設(shè)計(jì)審核、修改 第15~16周（6月8日~6月21日）
（8）答辯準(zhǔn)備以及答辯 第 17 周 （6月22日~6月29日）
五、參考文獻(xiàn)
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六、備注
指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
簽字： 年 月 日
摘 要
離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中的重要部分，對(duì)汽車(chē)的性能起著重要的作用。這次設(shè)計(jì)離合器是主要目的是利用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，學(xué)習(xí)傳統(tǒng)方法中的基本步驟，了解設(shè)計(jì)過(guò)程，把學(xué)過(guò)的知識(shí)綜合的運(yùn)用到設(shè)計(jì)過(guò)程中，從而更堅(jiān)實(shí)的掌握學(xué)過(guò)的知識(shí)。
所設(shè)計(jì)的離合器是膜片彈簧離合器，此設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)詳細(xì)的說(shuō)明了輕型汽車(chē)膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)形式，參數(shù)選擇以及計(jì)算過(guò)程。
本文主要是對(duì)轎車(chē)的膜片式彈簧離合器進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)車(chē)輛使用條件和車(chē)輛參數(shù)，按照離合器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和要求，主要進(jìn)行了以下工作：選擇相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)主要為：摩擦片外徑的確定，離合器后備系數(shù)的確定，單位壓力的確定。并進(jìn)行了總成設(shè)計(jì)主要為：分離裝置的設(shè)計(jì)（包括分離軸承、分離套筒等），以及從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)包括從動(dòng)片設(shè)計(jì)和從動(dòng)盤(pán)轂設(shè)計(jì)，主動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，包括壓盤(pán)、離合器蓋設(shè)計(jì)、彈性傳動(dòng)片設(shè)計(jì)，其中離合器蓋的設(shè)計(jì)只是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)，操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是大體上計(jì)算出踏板的行程、踏板力，是否符合人體工程學(xué)要求。扭轉(zhuǎn)減震器中的螺旋彈簧的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：離合器；膜片彈簧；從動(dòng)盤(pán)；壓盤(pán)；摩擦片
ABSTRACT
Automobile clutch is an important part of the power train of the car ,it plays an important role. The main purpose of this design is using traditional methods to learn the basic steps, comprehending the design process, using the learned knowledge to the design process, thus a more solid grasp of the knowledge learned.
The clutch designed is diaphragm spring clutch, the design manual detailed the process of the diaphragm spring clutch designing of light vehicle structure, including parameter selection and calculation process.
This paper is a car diaphragm spring clutch design. In accordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the clutch system design steps and requirements for the following main tasks: choosing the main design parameters are: the determination of friction plate diameter, back-up clutch coefficient determination unit to determine the pressure. And designed primarily for the assembly: the design of separation devices (including the separation of bearings, sleeve separation, etc.), as well as the follower plate follower piece design includes the design and the design of the driven wheel disc, part of the design of the initiative, including the pressure plate, Clutch cover design, flexible drive chip design, which covered the design of the clutch is a simple design, is designed to manipulate the whole body out of the trip pedal, pedal power, with the ergonomic requirements. To reverse the shock absorber of the coil spring design.
Key words：Clutch; Diaphragm Spring; Driven Plate; Pressure Plate; Friction Disc.
47
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………… Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1章 緒論 ……………………………………………………………………………1
1.1 研究背景…………………………………………………………………………1
1.2 研究現(xiàn)狀…………………………………………………………………………2
1.3 研究?jī)?nèi)容…………………………………………………………………………3
第2章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取…………………………………………………………4
2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求……………………………………………………………4
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………4
2.2.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干濕式選擇………………………………………………4
2.2.2 壓緊彈簧結(jié)構(gòu)形式及布置………………………………………………4
2.2.3 壓盤(pán)驅(qū)動(dòng)方式…………………………………………………………6
2.2.4 分離軸承類(lèi)型…………………………………………………………7
2.2.5 離合器通風(fēng)散熱措施………………………………………………8
2.3 本章小結(jié)…………………………………………………………………………8
第3章 離合器基本參數(shù)確定…………………………………………………………9
3.1 摩擦片內(nèi)外徑及其他尺寸計(jì)…………………………………………………9
3.2離合器后備系數(shù)的確定……………………………………………………9
3.3單位壓力P的確定……………………………………………………………10
3.4 本章小結(jié)…………………………………………………………………………11
第4章 離合器從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì) …………………………………………………………12
4.1從動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要介紹…………………………………………………………12
4.2 從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………13
4.2.1從動(dòng)片的選擇和設(shè)計(jì)………………………………………………13
4.2.2從動(dòng)盤(pán)轂的設(shè)計(jì)……………………………………………………14
4.2.3 摩擦片的材料選取及與從動(dòng)片的固緊方式………………………16
4.3 扭轉(zhuǎn)減震器簡(jiǎn)單介紹……………………………………………………………17
4.4 減震彈簧設(shè)計(jì)……………………………………………………………………18
4.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………20
第5章 壓盤(pán)與離合器蓋的設(shè)計(jì)……………………………………………………21
5.1 壓盤(pán)傳力方式的選擇…………………………………………………………21
5.2 壓盤(pán)的幾何尺寸的確定……………………………………………………21
5.3壓盤(pán)和傳動(dòng)片的材料選擇 …………………………………………………22
5.4離合器蓋的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………24
5.5 本章小結(jié)…………………………………………………………………………24
第6章 分離裝置和操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………25
6.1分離桿的設(shè)計(jì)………………………………………………………………25
6.2離合器分離套筒和分離軸承的設(shè)計(jì)………………………………………25
6.3操縱機(jī)構(gòu)踏板力和行程…………………………………………………………26
6.4 操縱機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式……………………………………………………………27
6.5 操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………28
6.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………29
第7章 離合器膜片彈簧的設(shè)計(jì)……………………………………………………30
7.1 膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………………………30
7.2膜片彈簧的變形特性和加載方式…………………………………………31
7.3 膜片彈簧的彈性變形特性…………………………………………………31
7.4 膜片彈簧的參數(shù)尺寸確定…………………………………………………32
7.4.1 H/h比值的選取……………………………………………………33
7.4.2 R及R/r確定………………………………………………………33
7.4.3 膜片彈簧起始圓錐底角…………………………………………34
7.4.4 膜片彈簧小端半徑r及分離軸承的作用半徑r………………34
7.4.5 分離指數(shù)目n、切槽寬、窗孔槽寬、及半徑r……………34
7.4.6 承環(huán)的作用半徑l和膜片與壓盤(pán)接觸半徑L……………………34
7.4.7 膜片彈簧材料………………………………………………………35
7.5 膜片彈簧的計(jì)算……………………………………………………………35
7.6 本章小結(jié)…………………………………………………………………………40
結(jié)論………………………………………………………………………………………41
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………………42
致謝………………………………………………………………………………………43
附錄………………………………………………………………………………………44
第1章 緒 論
1.1 研究背景
汽車(chē)是重要的交通運(yùn)輸工具，是科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的標(biāo)志，隨著現(xiàn)代生活的節(jié)奏越來(lái)越快，人們對(duì)交通工具的要求也越來(lái)越高。汽車(chē)作為最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽車(chē)工業(yè)的規(guī)模及產(chǎn)品的質(zhì)量就成為衡量一個(gè)國(guó)家技術(shù)的重要標(biāo)志之一。
a）
b）
圖1.1 離合器工作原理圖
1—飛輪；2—從動(dòng)盤(pán)；3—離合器踏板；4—壓緊彈簧；5—變速器第一軸；6—從動(dòng)盤(pán)轂
在機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)中，離合器作為一個(gè)獨(dú)立的部件而存在。它實(shí)際上是一種是一種依靠其主、從動(dòng)件之間的摩擦來(lái)傳遞動(dòng)力且能分離的機(jī)構(gòu)，圖1.1[1]簡(jiǎn)單闡述了離合器的工作原理。
離合器是汽車(chē)傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的部件，用來(lái)分離或給發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞[2]。
其基本功用有三[1]：
第一：在汽車(chē)起步時(shí)，通過(guò)離合器主動(dòng)部分（和發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸相連）和從動(dòng)部分（與變速器第一軸相接）之間的滑磨、轉(zhuǎn)速的逐漸接近，使旋轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)和原來(lái)靜止的傳動(dòng)系平穩(wěn)地聯(lián)接起來(lái)，以保證汽車(chē)平穩(wěn)起步。
第二：當(dāng)變速器換檔時(shí)，通過(guò)離合器主從動(dòng)部分的迅速分離來(lái)切斷動(dòng)力傳遞，以減輕換檔時(shí)齒輪間的沖擊，便于換檔。
第三：當(dāng)傳給離合器的扭矩超過(guò)其所能傳遞的最大力矩（即離合器的最大摩擦力矩）時(shí)，其主從動(dòng)部分將產(chǎn)生相對(duì)滑磨。這樣離合器就起著保護(hù)傳動(dòng)系防止其過(guò)載的作。
由于離合器上述三方面的功用，使離合器在汽車(chē)結(jié)構(gòu)上有著舉足輕重的地位。
1.2 研究現(xiàn)狀
膜片彈簧離合器是近年來(lái)在轎車(chē)和輕型載貨汽車(chē)上廣泛采用的一種離合器[2]。因其作為壓簧，可以同時(shí)兼起分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，質(zhì)量減少，并顯著地縮短了離合器的軸向尺寸。其次，由于膜片彈簧與壓盤(pán)以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動(dòng)盤(pán)摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，而不致產(chǎn)生滑離。離合器分離時(shí)，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，因膜片彈簧是一種對(duì)稱(chēng)零件，平衡性好，在高速下，其壓緊力降低很少，而周布置彈離合器在高速時(shí)，因受離心力作用會(huì)產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴(yán)重鼓出，從而降低了對(duì)壓盤(pán)的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉(zhuǎn)矩能力下降[3]。那么可以看出，對(duì)于輕型車(chē)膜片彈簧離合器的設(shè)計(jì)研究在改善汽車(chē)離合器各方面的性能具有十分重要的意義。
由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不斷提高，因此這種離合器在轎車(chē)及微型、輕型客車(chē)上得到廣泛運(yùn)用，而且正大力擴(kuò)展到載貨汽車(chē)和重型汽車(chē)上，國(guó)外已經(jīng)設(shè)計(jì)出了傳遞轉(zhuǎn)矩為80~2000N.m、最大摩擦片外徑達(dá)420的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車(chē)、客車(chē)、輕型和中型貨車(chē)上[1]。甚至某些總質(zhì)量達(dá)28~32t的重型汽車(chē)也有采用膜片彈簧離合器的，但膜片彈簧的制造成本比圓柱螺旋彈簧要高。膜片彈簧離合器的操縱曾經(jīng)都采用壓式機(jī)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。當(dāng)前膜片彈簧離合器的操縱機(jī)構(gòu)已經(jīng)為拉式操縱機(jī)構(gòu)所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈移到膜片彈簧的大端附近，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程[2]。
近年來(lái)濕式離合器在技術(shù)上不斷改進(jìn)，在國(guó)外某些重型車(chē)上又開(kāi)始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進(jìn)行強(qiáng)制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過(guò)93℃)，因此，起步時(shí)長(zhǎng)時(shí)間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國(guó)內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達(dá)干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實(shí)現(xiàn)的，超過(guò)這一溫度范圍將起負(fù)面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。
1.3 研究?jī)?nèi)容
早期的離合器結(jié)構(gòu)尺寸大，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，引起變速器換檔困難，而且這種離合器在結(jié)合時(shí)也不夠柔和，容易卡住，散熱性差，操縱也不方便，平衡性能也欠佳。本次設(shè)計(jì)的目的是克服上述困難，使離合器的尺寸減小，便于安裝盒布置；減小從動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，保證換擋容易，使用起來(lái)效果更好，而且具有穩(wěn)定性好、操縱方便等優(yōu)點(diǎn)。膜片彈簧離合器，它的轉(zhuǎn)矩容量大且較穩(wěn)定，操縱輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對(duì)于它的研究已經(jīng)變得越來(lái)越重要。
本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)膜片彈簧離合器，在設(shè)計(jì)中對(duì)各種離合器類(lèi)型進(jìn)行分析，確定出結(jié)構(gòu)方案，再對(duì)離合器的各基本參數(shù)進(jìn)行選擇計(jì)算，設(shè)計(jì)出個(gè)零件，最終設(shè)計(jì)出使用于普通轎車(chē)的車(chē)用離合器。
第2章 離合器結(jié)構(gòu)方案選取
汽車(chē)離合器廣泛采用摩擦離合器，本次設(shè)計(jì)也是采用摩擦式，要根據(jù)選定車(chē)型的參數(shù)進(jìn)行機(jī)構(gòu)方案的選擇。
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)和結(jié)構(gòu)要求
選定車(chē)型的參數(shù)在表2.1中有詳細(xì)描述。
表2.1 選定車(chē)型的參數(shù)
名稱(chēng)
參數(shù)
發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率及轉(zhuǎn)速
90Kw/6000rpm
發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速
160 N.m/4200rpm
整備質(zhì)量
1240kg
主減速比
5.104
變速器低檔傳動(dòng)比
3.83
輪胎型號(hào)
195/60 R15
在設(shè)計(jì)離合器時(shí)，應(yīng)根據(jù)車(chē)型的類(lèi)別，使用要求制造條件以及“三化”（系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化）要求等，合理選擇離合器的結(jié)構(gòu)。
在離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須綜合考慮以下幾點(diǎn)：
1. 保證離合器結(jié)合平順和分離徹底;
2. 離合器從動(dòng)部分和主動(dòng)部分各自的連接形式和支承;
3. 離合器軸的軸向定位和軸承潤(rùn)滑;
4. 運(yùn)動(dòng)零件的限位，離合器的調(diào)整。
2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)要求，在本設(shè)計(jì)中都將全面的考慮，并采用相應(yīng)的措施予以實(shí)現(xiàn)。
2.2.1 從動(dòng)盤(pán)數(shù)及干濕式選取
選取單片干式摩擦離合器，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動(dòng)件轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動(dòng)盤(pán)結(jié)合平順，廣泛用于轎車(chē)及微、中型客車(chē)和貨車(chē)上，在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩不大于1000N.m的大型客車(chē)和重型貨車(chē)上也有所推廣。
2.2.2 壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式及布置
離合器的壓緊彈簧的結(jié)構(gòu)形式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等。可采用沿圓周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根據(jù)本所設(shè)計(jì)的離合器的已知系數(shù)和使用條件選取膜片彈簧離合器比較合適。
作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無(wú)底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開(kāi)有許多徑向切槽，以形成彈性杠桿，而其余未切槽的大端截錐部分則起彈簧作用。膜片彈簧的兩側(cè)有支承圈，而后者借助于固定在離合器蓋上的一些（為徑向切槽數(shù)目的一半）鉚釘來(lái)安裝定位。當(dāng)離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時(shí)，由于離合器蓋靠向飛輪，后支承圈則壓膜片彈簧使其產(chǎn)生彈性變形，錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平，圖2.1[1]描述了膜片彈簧離合器的工作原理，同時(shí)在膜片彈簧的大端對(duì)壓盤(pán)產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結(jié)合狀態(tài)。當(dāng)離合器分離時(shí)，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點(diǎn)發(fā)生反錐形的轉(zhuǎn)變，使膜片彈簧大端后移，并通過(guò)分離鉤拉動(dòng)壓盤(pán)移到膜后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點(diǎn)：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設(shè)計(jì)摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時(shí)的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對(duì)離合器軸的中心線是對(duì)稱(chēng)的，因此其壓緊力實(shí)際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤(pán)是以整個(gè)圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱等。
圖2.1 膜片彈簧離合器的工作原理圖
（a）自由狀態(tài)； （b）壓緊狀態(tài)； （c）分離狀態(tài)
膜片彈簧的安裝有正裝和反裝。正裝應(yīng)用于壓式操縱機(jī)構(gòu)，即離合器分離時(shí)膜片彈簧彈性杠壓桿內(nèi)端的分離指處是承受壓力。反裝應(yīng)用于拉式操縱機(jī)構(gòu)，將支承圈在膜片彈簧的大端附近，原理如圖2.2[2]b,使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應(yīng)力分布也得到改善，最大應(yīng)力下降；支承圈磨損后仍保持與膜片的接觸使離合器踏板的自由行程不受影響。而在壓式結(jié)構(gòu)中支承圈的磨損會(huì)形成間隙而增大踏板的自由行程，原理如圖2.2a,設(shè)計(jì)選用壓式操縱機(jī)構(gòu)，即膜片彈簧正裝。
圖2.2 拉式操縱機(jī)構(gòu)與壓式操縱機(jī)構(gòu)的原理
(a) 一般壓式操縱 (b) 拉式操縱
2.2.3 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
壓盤(pán)是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，在不傳遞扭矩時(shí)，又應(yīng)能夠與從動(dòng)盤(pán)脫離接觸，所以這種連接應(yīng)允許壓盤(pán)在離合器分離過(guò)程中能自由的作軸向移動(dòng)。
壓盤(pán)與飛輪的連接方式或驅(qū)動(dòng)方式有：凸塊—窗孔式、傳力銷(xiāo)式、鍵式以及彈性傳動(dòng)片式等如圖2.3[2],近年來(lái)廣泛采用彈性傳動(dòng)片式。因?yàn)榱硗鈳追N方式有一個(gè)共同的缺點(diǎn)，即連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約為0.2mm）。這樣在傳動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至可能導(dǎo)致凸塊根部產(chǎn)生裂紋而造成零件的早期破壞。另外，在離合器分離時(shí)，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動(dòng)效率。
彈性傳動(dòng)片是由薄彈簧鋼沖壓而成（見(jiàn)圖2.4e），其一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤(pán)上，且一般用3~4組（每組2~3片）沿圓周切向布置以改善傳動(dòng)片的受力狀況，這時(shí)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)片時(shí)受拉，當(dāng)由車(chē)輪滑行時(shí)反轉(zhuǎn)受壓。這種利用傳動(dòng)片驅(qū)動(dòng)壓盤(pán)的方式不緊消除了上述缺點(diǎn)，而且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，降低了對(duì)裝配精度的要求且有利于壓盤(pán)的定中。所以該離合器采用彈性傳動(dòng)片。
d
e
c
b
a
圖2.3 壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式
a—凸塊窗孔式；b—傳力銷(xiāo)式；c—鍵槽—指銷(xiāo)式；d—鍵齒式；e—彈性傳動(dòng)片式
2.2.4 分離軸承的類(lèi)型
分離軸承在工作中主要承受軸向力，在分離離合器時(shí)由于分離軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，形成其徑向力。故離合器的分離軸承主要有徑向止推軸承和止推軸承兩種。前者適合于高速低軸向負(fù)荷，后者適合于相反情況.常用含潤(rùn)滑油脂的密封止推球軸承;小型車(chē)有時(shí)采用含油石墨止推滑動(dòng)軸承。分離軸承與膜片彈簧之間有沿圓周方向的滑磨，當(dāng)兩者旋轉(zhuǎn)中不同心時(shí)也伴有徑向滑磨。為了消除因不同心導(dǎo)致的磨損并使分離軸承與膜片彈簧內(nèi)端接觸均勻，膜片彈簧離合器廣泛采用自動(dòng)調(diào)心式分離裝置結(jié)構(gòu)原理如圖2.4[2]。它有旋轉(zhuǎn)軸承，軸承罩，波形片簧如圖2.4中2，它由厚約為0.7㎜的65Mn鋼帶制成，油淬、模內(nèi)回火度HRC43～51）及分離套筒組成。由于軸承與套筒間都留有足夠徑向間隙以保證分離軸承相對(duì)于分離套筒可以徑向移動(dòng)1mm左右，所以當(dāng)膜片相對(duì)分離套筒有偏斜時(shí)，由于波形片簧能夠產(chǎn)生變形，允許分離軸承產(chǎn)生相對(duì)的偏斜，以保證膜片彈簧仍能被均勻的壓緊，也防止了膜片彈簧分離指處的異常磨損并減少了噪音。另外由于分離指與直徑較小的軸承內(nèi)圈接觸，則增大了膜片彈簧的杠桿比。
分離套筒支撐著分離軸承并位于變速器第一軸軸承蓋的軸頸上，可以軸向移動(dòng)。分離器結(jié)合后，分離軸承與分離杠桿之間一般有3~4mm間隙，以免在摩擦片磨損后引起壓盤(pán)壓力不足而導(dǎo)致離合器打滑使摩擦片以及分離軸承燒壞。此間隙使踏板有段自由行程。有的轎車(chē)采用無(wú)此間隙的內(nèi)圈恒轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，用輕微的油壓或彈簧力使分離軸承與杠桿端（多為膜片彈簧）經(jīng)常貼合，以減輕磨損和減少踏板行程。本設(shè)計(jì)采用自動(dòng)調(diào)心分離軸承，其結(jié)構(gòu)如圖2.4所述。
圖2.4 動(dòng)調(diào)心軸承裝置
1—分離軸承；2—波形彈簧；3—分離軸承罩；4—分離套筒
2.2.5 離合器的通風(fēng)散熱措施[3]
提高離合器工作性能的有效措施是借助于其通風(fēng)散熱系統(tǒng)降低其摩擦表面的溫度。 在正常使用條件下，離合器的壓盤(pán)工作表面的溫度一般均在180℃以下，隨著其溫度的升高，摩擦片的磨損將加快。當(dāng)壓盤(pán)工作表面的溫度超過(guò)180℃～200℃時(shí)，摩擦片的磨損速度將急劇升高。在特別嚴(yán)酷的使用條件下，該溫度有可能達(dá)到1000℃。在高溫下壓盤(pán)會(huì)翹曲變形甚至產(chǎn)生裂紋和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也會(huì)燒裂和破壞。為防止摩擦表面的溫度過(guò)高，除壓盤(pán)應(yīng)具有足夠的質(zhì)量以保證有足夠的熱容量外，還應(yīng)使其散熱通風(fēng)良好。為此，可在壓盤(pán)上設(shè)置散熱筋或鼓風(fēng)筋；在雙片離合器中間壓盤(pán)體內(nèi)鑄出足夠多的導(dǎo)風(fēng)槽，這種結(jié)構(gòu)措施在單片離合器壓盤(pán)上也開(kāi)始應(yīng)用；將離合器蓋和壓盤(pán)設(shè)計(jì)成帶有鼓風(fēng)葉片的結(jié)構(gòu)；在保證有足夠剛度的前提下在離合器蓋上開(kāi)出較多或較大的通風(fēng)口，以加強(qiáng)離合器表面的通風(fēng)散熱和清除摩擦產(chǎn)生的材料粉末，在離合器殼上設(shè)置離合器冷卻氣流的入口和出口等所謂通風(fēng)窗，在離合器殼內(nèi)裝設(shè)冷卻氣流的導(dǎo)罩，以實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦表面有較強(qiáng)定向氣流通過(guò)的通風(fēng)散熱等。為防止壓盤(pán) 的受熱翹曲變形，壓盤(pán)應(yīng)有足夠大的剛度。鑒于以上對(duì)質(zhì)量和剛度的要求，一般壓盤(pán)都設(shè)計(jì)得比較厚，一般不小于10㎜。
2.3 本章小結(jié)
本章根據(jù)選定車(chē)型的參數(shù)，為滿足汽車(chē)要求，對(duì)離合器的結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行選擇，包括從動(dòng)盤(pán)干濕的選擇，壓緊彈簧的類(lèi)型選擇，壓盤(pán)的驅(qū)動(dòng)方式分離軸承的類(lèi)型，離合器通風(fēng)散熱措施等。
第3章 離合器基本結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
在初步確定了離合器的結(jié)構(gòu)形式之后，就要根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式確定其需要確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如摩擦片內(nèi)外徑、后備系數(shù)單位工作壓力等。
3.1 摩擦片外徑及其它尺寸的確定
摩擦片的外徑D是離合器的基本尺寸，它關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命，所以應(yīng)先確定摩擦片的外徑D
在確定外徑時(shí)，可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式（3.1[3]）計(jì)算出：
D=100 (3.1)
式中:D——摩擦片外徑，mm；
T——發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩，N.m；
A——和車(chē)型及使用條件有關(guān)的常數(shù)。
將數(shù)據(jù)：T=160N.m，轎車(chē)單片摩擦離合器A=47,代入式（3.1），則得：D=184.5mm。
根據(jù)離合器摩擦片的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化原則，由3.1[2]“離合器摩片尺寸系列和參數(shù)”（即GB1457—74）可取摩擦片有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尺寸：
外徑D=200㎜，徑d=140mm厚度h=3.5mm內(nèi)徑與外徑比值C′=0.7。
表3.1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)
外徑D/㎜
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
405
430
內(nèi)徑d/㎜
110
125
140
150
155
165
175
190
195
205
220
230
厚度/㎜
3.2
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
3.5
4
4
4
4
=d/D
0.687
0.694
0.700
0.667
0.589
0.583
0.585
0.557
0.540
0.543
0.535
0.532
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/
106
132
160
221
302
402
466
546
678
729
908
1037
3.2離合器后備系數(shù)的確定
后備系數(shù) 保證了離合器能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，同時(shí)它有助于減少汽車(chē)起步時(shí)的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過(guò)大，減少傳遞系的過(guò)載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過(guò)大。在開(kāi)始設(shè)計(jì)離合器時(shí)一般是參照統(tǒng)計(jì)質(zhì)料，并根據(jù)汽車(chē)的使用條件，離合器結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)，初步選定后備系數(shù)。
汽車(chē)離合器的后備系數(shù)的推薦值[2]：
小轎車(chē)：=1.3~1.75；
載重車(chē): =1.7~2.25；
帶拖掛的重型車(chē)或牽引車(chē): =2.0~3.0。
本設(shè)計(jì)的是轎車(chē)用離合器，因?yàn)樾∞I車(chē)的離合器都采用膜片彈簧離合器，在使用過(guò)程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會(huì)變小，再加上小轎車(chē)的后備功率比較大，使用條件好故宜取小值，選定其后備系數(shù)=1.30。
3.3單位壓力P的確定
摩擦面上的單位壓力P的值和離合器本身的工作條件,摩擦片的直徑大小,后備系數(shù),摩擦片材料及質(zhì)量等有關(guān).
離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車(chē)和礦用載重車(chē)),單位壓力P較小為好[2]。當(dāng)摩擦片的外徑較大時(shí)也要適當(dāng)降低摩擦片摩擦面上的單位壓力P。因?yàn)樵谄渌鼦l件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時(shí)發(fā)熱厲害，再加上因整個(gè)零件較大，零件的溫度梯度也大，零件受熱不均勻，為了避免這些不利因素，單位壓力P應(yīng)隨摩擦片外徑的增加而降低。
前面已經(jīng)初步確定了摩擦片的基本尺寸：
外徑D=200mm內(nèi)徑d=140mm，厚度h=3.5mm，內(nèi)徑與外徑比值C′=0.70 。
又初選=1.30運(yùn)用公式（3.2）可以校核單位壓力[4]P：
T=PD(1－) (3.2)
式中：Z對(duì)單片離合器取2
為摩擦系數(shù)，可取=0.26
代入相關(guān)數(shù)據(jù)則得：P=0.29MP
又由表3.2[1]中的查得：石棉基材料（在后面設(shè)計(jì)中，摩擦片材料選擇石棉基材料）單位壓力[p]=0.25~0.35Mpa，也即是摩擦面上的單位壓力P＜[P],沒(méi)有超出允許范圍.因此上述各基本結(jié)構(gòu)參數(shù)合適。
表3.2 摩擦片單位壓力的取值范圍
摩擦片材料
單位壓力 /Mpa
石棉基材料
模壓
0.15~0.25
編織
0.25~0.35
粉末冶金材料
銅基
0.35~0.50
鐵基
金屬陶瓷
0.70~1.50
3.4 本章小結(jié)
本章首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出摩擦片的內(nèi)外徑尺寸，再由標(biāo)準(zhǔn)尺寸表中選出合適的尺寸。后備系數(shù)的選擇是根據(jù)車(chē)型的不同選擇出一個(gè)范圍，在選定范圍內(nèi)，根據(jù)車(chē)的使用情況，車(chē)的配置等選擇出合適的后備系數(shù)。單位壓力是根據(jù)摩擦片的尺寸、后備系數(shù)計(jì)算出來(lái)的，最后看單位壓力是否在允許范圍內(nèi)，本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)選擇都比較合適，單位壓力合適。
第4章 離合器從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)
離合器從動(dòng)盤(pán)是離合器的從動(dòng)部分，與變速器輸入軸相連，動(dòng)力最終經(jīng)過(guò)從動(dòng)盤(pán)傳到變速器輸入軸上。從動(dòng)盤(pán)對(duì)離合器的工作性能有著很重要的作用，是離合器不能缺少的一部分。
4.1從動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)要介紹
在現(xiàn)代汽車(chē)上一般都采用帶有扭轉(zhuǎn)減振的從動(dòng)盤(pán),用以避免汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)的共振,緩和沖擊,減少噪聲,提高傳動(dòng)系統(tǒng)零件的壽命,改善汽車(chē)行使的舒適性,并使汽車(chē)平穩(wěn)起步。圖4.1[1]說(shuō)明了離合器從動(dòng)盤(pán)的結(jié)構(gòu)，從動(dòng)盤(pán)主要由從動(dòng)片，從動(dòng)盤(pán)轂，，摩擦片等組成，由下圖4.1可以看出，摩擦片1，10分別用鉚釘鉚在波形彈簧片上，而后者又和從動(dòng)片鉚在一起。從動(dòng)片3用限位銷(xiāo)5和減振盤(pán)9鉚在一起。這樣，摩擦片，從動(dòng)片和減振盤(pán)三者就被連在一起了。在從動(dòng)片3和減振盤(pán)9上圓周切線方向開(kāi)有6個(gè)均布的長(zhǎng)方形窗孔，在在從動(dòng)片和減振盤(pán)之間的從動(dòng)盤(pán)轂6法蘭上也開(kāi)有同樣數(shù)目的從動(dòng)片窗孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧8，以便三者彈性的連接起來(lái)。在從動(dòng)片和減振盤(pán)的窗孔上都制有翻邊，這樣可以防止彈簧滑脫出來(lái)。在從動(dòng)片和從動(dòng)盤(pán)轂之間還裝有減振摩擦片4。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)，從動(dòng)片及減振盤(pán)相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂發(fā)生來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)，系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)能量會(huì)很快被減振摩擦片的摩擦所吸收。
圖4.1 帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán)
1，10—摩擦片；2波形彈簧片；3—從動(dòng)盤(pán)鋼片；4—摩擦阻尼片；
5—鉚釘；6從動(dòng)盤(pán)轂；7—調(diào)整墊片；8—減震彈簧；9—減震盤(pán)；
4.2 從動(dòng)盤(pán)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)從動(dòng)盤(pán)時(shí)一般應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求:
1.為了減少變速器換檔時(shí)齒輪間的沖擊，從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能??；
2.為了保證汽車(chē)平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等從動(dòng)盤(pán)應(yīng)具有軸向彈性；
3.為了避免傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)共振以及緩和沖擊載荷，從動(dòng)盤(pán)中應(yīng)裝有扭轉(zhuǎn)減振器；
4.要有足夠的抗爆裂強(qiáng)度。
4.2.1從動(dòng)片的選擇和設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)從動(dòng)片時(shí)要盡量減輕質(zhì)量，并使質(zhì)量的分布盡可能靠近旋轉(zhuǎn)中心，以獲得小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這是因?yàn)槠?chē)在行駛中進(jìn)行換檔時(shí)，首先要分離離合器，從動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)速必然要在離合器換檔的過(guò)程中發(fā)生變化，或是增速（由高檔換為低檔）或是降速（由低檔換為高檔）。離合器的從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)速的變化將引起慣性力，而使變速器換檔齒輪之間產(chǎn)生沖擊或使變速器中的同步裝置加速磨損。慣性力的大小與沖動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量成正比，因此為了見(jiàn)效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從動(dòng)片都做的比較薄，通常是用1.3~2.0㎜厚的薄鋼板沖壓而成,為了進(jìn)一步減小從動(dòng)片的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,有時(shí)將從動(dòng)片外緣的盤(pán)形部分磨至0.65～1.0㎜,使其質(zhì)量更加靠近旋轉(zhuǎn)中心[3]。
為了使離合器結(jié)合平順，保證汽車(chē)平穩(wěn)起步，單片離合器的從動(dòng)片一般都作成具有軸向彈性的結(jié)構(gòu)，這樣，在離合器的結(jié)合過(guò)程中，主動(dòng)盤(pán)和從動(dòng)盤(pán)之間的壓力是逐漸增加的，從而保證離合器所傳遞的力矩是緩和增長(zhǎng)的。此外，彈性從動(dòng)片還使壓力的分布比較均勻，改善表面的接觸，有利于摩擦片的磨損。
具有軸向彈性的的傳動(dòng)片有以下三種形式[3]：整體式的彈性從動(dòng)片，分開(kāi)式的彈性從動(dòng)片、及組合式彈性從動(dòng)片。，
在本設(shè)計(jì)中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是普通轎車(chē)的離合器，故可以采用整體式彈性從動(dòng)片，圖4.2說(shuō)明了整體式從動(dòng)片的結(jié)構(gòu)[3]，離合器從動(dòng)片采用2㎜厚的的薄鋼板沖壓而成，其外徑由摩擦面外徑?jīng)Q定，在這里取D=200㎜，內(nèi)徑由從動(dòng)盤(pán)轂的尺寸決定，由以后的設(shè)計(jì)取得d=40。為了防止由于工作溫度升高后使從動(dòng)盤(pán)產(chǎn)生翹曲而引起離合器分離不徹底的缺陷，還在從動(dòng)剛片上沿徑向開(kāi)有幾條切口。
由于其采用整體式彈性從動(dòng)片，從動(dòng)片沿半徑方向開(kāi)槽,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)下圖4.2,將外圓部分分割成許多扇形,并將扇形部分沖壓成依次向相同方向彎曲的波浪形,使其具有軸向彈性,兩邊的摩擦片則分別鉚在扇形片上.在離合器結(jié)合的過(guò)程中,從動(dòng)片被壓緊,彎曲的波浪扇形部分被逐漸壓平從動(dòng)盤(pán)摩擦面片所傳遞的轉(zhuǎn)矩逐漸增大,使其結(jié)合過(guò)程較平順,柔和,整體式彈性從動(dòng)片根據(jù)從動(dòng)片尺寸的大小可制成6～12個(gè)切槽,并常常將扇形部分與中央部分的連接處切成T形槽,目的是進(jìn)一步減小剛度,增加彈性.本離合器從動(dòng)片開(kāi)6個(gè)T形槽，寬度為4mm，橫槽分布圓周直徑=135mm，具體相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸參看設(shè)計(jì)圖紙。
從動(dòng)片采用08鋼板沖壓而成，氰化表面硬度HRC45。扇形部分沖壓成波形片，壓縮彈性行程為0.8~1.5mm。
圖4.2 整體式彈性從動(dòng)片
1—從動(dòng)片；2—摩擦片；3—鉚釘
4.2.2從動(dòng)盤(pán)轂的設(shè)計(jì)
從動(dòng)盤(pán)轂的結(jié)構(gòu)由兩部分組成：盤(pán)轂和法蘭，如圖4.3[1]所描述。詳細(xì)尺寸見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙。
圖4.3從動(dòng)盤(pán)轂
從動(dòng)盤(pán)轂在變速器第一軸前端的花鍵上，目前一般都采用齒側(cè)定心的矩形花鍵，花鍵之間為動(dòng)配合，以便在離合器分離和結(jié)合時(shí)從動(dòng)盤(pán)轂?zāi)軌蛟谳S上自由移動(dòng)。
本離合器設(shè)計(jì)中的從動(dòng)盤(pán)轂花鍵也用齒側(cè)定心的矩形花鍵。在設(shè)計(jì)從動(dòng)盤(pán)轂花鍵時(shí)，可以根據(jù)從動(dòng)盤(pán)外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩來(lái)選取。
根據(jù)從動(dòng)盤(pán)外徑和發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩來(lái)選取從動(dòng)盤(pán)花鍵轂花鍵的有關(guān)尺寸，表4.1[1]闡述了摩擦片外徑、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與從動(dòng)盤(pán)轂尺寸之間的關(guān)系，可以根據(jù)表4.1確定花鍵轂的尺寸：
花鍵齒數(shù) n=10
花鍵外徑 D′=29㎜
花鍵內(nèi)徑 d′=23㎜
齒厚 b=4㎜
有效齒長(zhǎng) L=25㎜
從動(dòng)盤(pán)轂一般用中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，擠壓應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)[]=20MP，本從動(dòng)盤(pán)轂材料選用40Cr。
為了保證從動(dòng)盤(pán)轂在變速器第一軸上滑動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生偏斜，而影響離合器的徹底分離，從動(dòng)盤(pán)轂的軸向尺寸不應(yīng)過(guò)小，一般取其尺寸與花鍵外徑大小相同，對(duì)在嚴(yán)重情況下工作的離合器，其長(zhǎng)度更大，可達(dá)到花鍵外徑的1.4倍。
花鍵的尺寸選定后應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于花鍵的損壞形式主要是表面受力過(guò)大而破壞，所以花鍵要進(jìn)行擠壓應(yīng)力校核，如果應(yīng)力偏大可以適當(dāng)增加花鍵轂的軸向長(zhǎng)度。
花鍵擠壓應(yīng)力校核公式如下：
=（MPa） (4.1)
式中,P——花鍵的齒側(cè)面壓力，N。它有下式確定：
P=
D′,d′——分別為花鍵的外徑，內(nèi)徑，m;
Z——從動(dòng)盤(pán)轂的數(shù)目;
T——發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩，N.m;
N——花鍵齒數(shù);
h——花鍵齒工作高度，m；
l——花鍵有效長(zhǎng)度，m。
代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得：P=12307N，=16.4MP，該花鍵轂花鍵的=16.4MP﹤[]=20MP，所以該花鍵轂花鍵的尺寸合適,花鍵的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖4.3[1],從動(dòng)盤(pán)轂見(jiàn)零件圖紙。
表4.1 從動(dòng)盤(pán)轂花鍵尺寸系列
從動(dòng)盤(pán)外徑D/㎜
發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩/N.m
花鍵齒數(shù)n
花鍵外徑/㎜
花鍵內(nèi)徑/㎜
齒厚/㎜
有效齒
長(zhǎng)l/㎜
擠壓應(yīng)力/M
160
180
200
225
250
280
300
325
350
380
410
430
450
50
70
110
150
200
280
310
380
480
600
720
800
950
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
23
26
29
32
35
35
40
40
40
40
45
45
52
18
21
23
26
28
32
32
32
32
32
36
36
41
3
3
4
4
4
4
5
5
5
5
5
5
6
20
20
25
30
35
40
40
45
50
55
60
65
65
10
10．8
11．3
11．5
10．4
12．7
10．7
11．6
13．2
15．2
13．1
13．5
12．5
圖4.3花鍵結(jié)構(gòu)示意圖
4.2.3 摩擦片的材料選取及與從動(dòng)片的固緊方式
摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車(chē)的的使用條件，摩擦片的性能應(yīng)滿足以下幾個(gè)方面的要求[1]：
⑴應(yīng)具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對(duì)摩擦系數(shù)的影響小。
⑵要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時(shí)應(yīng)耐磨。
⑶要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，尤其在高溫時(shí)的機(jī)械強(qiáng)度應(yīng)較好
⑷熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時(shí)分離出的粘合劑較少，無(wú)味，不易燒焦
⑸磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤(pán)等零件的表面
⑹油水對(duì)摩擦性能的影響應(yīng)最小
⑺結(jié)合時(shí)應(yīng)平順而無(wú)“咬住”和“抖動(dòng)”現(xiàn)象
由以上的要求,目前車(chē)用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學(xué)穩(wěn)定性能比較好的石棉和粘合劑及其它輔助材料混合熱壓而成，其摩擦系數(shù)大約在0.3左右。這種摩擦片的缺點(diǎn)是材料的性能不穩(wěn)定，溫度，滑磨速度及單位壓力的增加都將摩擦系數(shù)的下降和磨損的加劇。 所以目前正在研制具有傳熱性好、強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨和較高摩擦系數(shù)（可達(dá)0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在該設(shè)計(jì)中汽車(chē)使用條件良好，所以仍選取的是石棉合成物制成的摩擦材料。
固緊摩擦片的方法采用較軟的黃銅鉚釘直接鉚接，采用這種方法后，當(dāng)在高溫條件下工作時(shí)，黃銅鉚接有較高的強(qiáng)度，同時(shí)，當(dāng)釘頭直接與主動(dòng)盤(pán)表面接觸時(shí)，黃銅鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會(huì)加劇主動(dòng)盤(pán)工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對(duì)摩擦系數(shù)的影響也較小。這種鉚接法還有固緊可靠和磨損后換裝摩擦片方便等優(yōu)點(diǎn)。
4.3 扭轉(zhuǎn)減振器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單介紹
帶扭轉(zhuǎn)減振器的的從動(dòng)盤(pán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖4.4[1]所示彈簧摩擦式:
圖4.4帶扭轉(zhuǎn)減振器的從動(dòng)盤(pán)總成結(jié)構(gòu)示意圖
1—從動(dòng)盤(pán)；2—減振彈簧；3—碟形彈簧墊圈；4—緊固螺釘；
5—從動(dòng)盤(pán)轂；6—減振摩擦片7—減振盤(pán)；8—限位銷(xiāo)
由于現(xiàn)今離合器的扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)大多采用以往經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)方法通過(guò)不斷篩選獲得,且越來(lái)越趨向采用單級(jí)的減振器。
減振器結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖如圖4.5[4]所示。
圖4.5減振器尺寸簡(jiǎn)圖
4.4 減振彈簧設(shè)計(jì)
減震彈簧的材料采用65號(hào)彈簧鋼絲，即根據(jù)布置上的可能性來(lái)確定減振器彈簧設(shè)計(jì)相關(guān)尺寸。
⑴減振彈簧的分布半徑R：
R的尺寸應(yīng)盡可能取大些，一般取 R=（0.65～0.75）d／2(式中d為離合器摩擦片內(nèi)徑)
所以R=0.75×140／2=52.5㎜
⑵減振彈簧數(shù)量Z：
參看下表4.2[1]，表對(duì)摩擦片的外徑與減震彈簧的關(guān)系做了相關(guān)描述。
表4.2 減振彈簧數(shù)量選取表
離合器摩擦片外徑/㎜
減振彈簧數(shù)量Z
225～250
4～6
250～325
6～8
325～350
8～10
＞350
10以上
查上表4.2可得：Z=6
⑶全部減振彈簧總的工作負(fù)荷P：
P=T／R (4.2)
式中：T為極限轉(zhuǎn)矩，乘用車(chē)取T=2.0 T。
T代入上式得：P= T／R =2.0 T／R=6095.24N。
⑷單個(gè)減振彈簧的工作負(fù)荷P
(4.3)
代入數(shù)據(jù)得:P= P／Z=6095.24N／6=1015.87N
⑸減振彈簧尺寸
減震彈簧的各尺寸在圖4.6[1]中已經(jīng)標(biāo)出。
圖4.6減振彈簧計(jì)算簡(jiǎn)圖
彈簧中徑D:一般由結(jié)構(gòu)布置來(lái)決定,通常D=11～15㎜左右,取D=14.5㎜。
彈簧鋼絲直徑d: 通常d取3～4㎜，所以取d=4㎜。
扭轉(zhuǎn)剛度：
(4.4)
代入數(shù)據(jù)得：K=10T=3200N.m／rad。
彈簧剛度K：
(4.5)
代入數(shù)據(jù)得：K= =193.50N／㎜。
減振彈簧的有效圈數(shù)i：
i= (4.6)
式中，G為材料的剪切模量，對(duì)碳鋼可取G=8.3×10Mpa。
代入相關(guān)數(shù)據(jù)得：i=4.5
減振彈簧的總?cè)?shù)n,一般在6圈左右n=i+（1.5～2）=4.5+1.5=6。
減振彈簧的最小高度l: l=n(d+)≈1.1dn=1.1×4×6=26.4㎜。
減振彈簧總變形量： =P／R=1015.87／193.5=5.2㎜。
減振彈簧自由高度l= l+=26.4+5.20=31.6㎜。
減振彈簧預(yù)變形量：
= (4.7)
式中：是預(yù)緊力矩，=24mm。
數(shù)據(jù)代入公式（8.6）得：=0.4㎜。
減振彈簧安裝工作高度l：l= l－=31.2㎜。
彈簧校核：
彈簧絲截面上的最大切應(yīng)力τ：
(4.8)
式中：C為纏繞比：，C=14.5/4=3.625；
F為所受載荷，F(xiàn)=1015.87N。
將數(shù)據(jù)代入式（8.8）中得：τ=667N.m，65號(hào)彈簧鋼絲的許用切應(yīng)力=810N.m, ,所以滿足剛度要求。
⑹從動(dòng)片相對(duì)從動(dòng)盤(pán)轂的最大轉(zhuǎn)角:
=2arcsin(／2R) (4.9)
式中=-=4.8㎜,代入上式得=5.2°。
⑺限位銷(xiāo)與從動(dòng)盤(pán)轂缺口間隙：
=Rsin (4.10)
式中R為限位銷(xiāo)的安裝尺寸，取R=54㎜ ，代入式中得=4.89mm。
⑻限位銷(xiāo)直徑d′:d′按結(jié)構(gòu)布置選定，一般d′=9.5～12㎜,取d′=10㎜ 。
4.5 本章小結(jié)
本章先對(duì)從動(dòng)盤(pán)進(jìn)行了介紹，對(duì)其結(jié)構(gòu)、作用、連接做了詳細(xì)的解釋。然后進(jìn)行零件的設(shè)計(jì)，包括從動(dòng)片的尺寸設(shè)計(jì)、從動(dòng)盤(pán)轂的尺寸選擇，從動(dòng)盤(pán)轂的強(qiáng)度校核，最后對(duì)各部分的緊固方式、材料做出的選擇。扭轉(zhuǎn)減震器的彈簧計(jì)算出扭轉(zhuǎn)剛度，最后校核彈簧的剛度。
第5章 壓盤(pán)與離合器蓋的設(shè)計(jì)
壓盤(pán)和離合器蓋式離合器的主動(dòng)部分，要有足夠的強(qiáng)度來(lái)傳遞動(dòng)力。此外，壓盤(pán)要有足夠的質(zhì)量來(lái)吸收摩擦產(chǎn)生的熱量，離合器蓋要保證通風(fēng)散熱等，防止離合器過(guò)熱，影響工作性能。
5.1 壓盤(pán)傳力方式的選擇
壓盤(pán)（其結(jié)構(gòu)見(jiàn)零件圖）是離合器的主動(dòng)部分，在傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩時(shí)，它和飛輪一起帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接應(yīng)允許壓盤(pán)在離合器的分離過(guò)程中能自由的沿軸向移動(dòng)。如前面所述采用采用傳動(dòng)片式的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動(dòng)片一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤(pán)上，為了改善傳動(dòng)片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。
5.2 壓盤(pán)的幾何尺寸的確定
由于摩擦片的的尺寸在前面已經(jīng)確定，故壓盤(pán)的內(nèi)外徑也可因此而確定。壓盤(pán)的外徑D=206㎜，壓盤(pán)內(nèi)徑d=135㎜。
那么壓盤(pán)的的尺寸歸結(jié)為確定其厚度。壓盤(pán)的厚度確定主要依據(jù)[3]以下兩點(diǎn)：
（1） 壓盤(pán)應(yīng)有足夠的質(zhì)量
在離合器的結(jié)合過(guò)程中，由于滑磨功的存在，每結(jié)合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結(jié)合的時(shí)間又短（大約在3秒鐘左右），因此熱量根本來(lái)不及全部傳到空氣中去，這樣必然導(dǎo)致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴(yán)重。它不僅會(huì)引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹉Σ疗蛪罕P(pán)的損壞。
由于用石棉材料制成的摩擦片導(dǎo)熱性很差，在滑磨過(guò)程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤(pán)等零件吸收，為了使每次接合時(shí)的溫升不致過(guò)高，故要求壓盤(pán)有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。
（2） 壓盤(pán)應(yīng)具有較大的剛度
壓盤(pán)應(yīng)具有足夠大的剛度，以保證在受熱的情況下不致產(chǎn)生翹曲變形，而影響離合器的徹底分離和摩擦片的均勻壓緊。
鑒于以上兩個(gè)原因壓盤(pán)一般都做得比較厚（載重汽車(chē)上一般不小于15㎜），但一般不小于10㎜。
在該設(shè)計(jì)中，初步確定該離合器的壓盤(pán)的厚度為12㎜。
在初步確定該離合器壓盤(pán)厚度以后，應(yīng)校核離合器接合一次時(shí)的溫升，其接合一次的溫升不得超過(guò)8°—10°。若溫升過(guò)高可以適當(dāng)增加壓盤(pán)的厚度。
根據(jù)下面公式（5.1[3]）來(lái)進(jìn)行校核：
= (5.1)
式中：——溫升，℃；
L——滑磨功，N.m,L=0.5JW= ,m=m=；
——分配到壓盤(pán)上的滑磨功所占的百分比：?jiǎn)纹x合器壓盤(pán)=0.50；
C——壓盤(pán)的比熱容，對(duì)鑄鐵壓盤(pán)，C=544.28J/(㎏·K)；
m——壓盤(pán)質(zhì)量，㎏。
根據(jù)公式L=代入有關(guān)數(shù)據(jù)可得:L=。
根據(jù)公式（5.1）代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得:=5.12℃ 此數(shù)值=5.12℃＜8°—10°，
故該厚度符合要求。
5.3壓盤(pán)和傳動(dòng)片的材料選擇
壓盤(pán)形狀一般比較復(fù)雜，而且還需要耐磨，傳熱性好和具有較高的摩擦系數(shù)，故通常用灰鑄鐵鑄造而成，其金相組織呈珠光體結(jié)構(gòu)，硬度為HB170～227，其摩擦表面的光潔度不低與1.6。為了增加機(jī)械強(qiáng)度，還可以另外添加少量合金元素[3]。在本設(shè)計(jì)中用材料為3號(hào)灰鑄鐵JS—1，工作表面光潔度取為1.6。
傳力片材料選用80號(hào)鋼,根據(jù)前面所設(shè)計(jì)的壓盤(pán),摩擦片及從動(dòng)片的厚度,以及以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),傳動(dòng)片的結(jié)構(gòu)示意圖可確定為圖5.1[1]所示。
圖5.1傳力片示意圖
初步定傳動(dòng)片的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：共設(shè)3組傳動(dòng)片（i=3）,每組2片（n=2）,傳動(dòng)片的幾何尺寸為：寬b=14㎜，厚h=1㎜,傳力片上孔間的距離l=60㎜,孔的直徑d=6㎜，傳力片切向布置，圓周半徑（也即是孔中心所在