載重2噸輕型汽車膜片式離合器總成設計

載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計摘 要汽車離合器位于發(fā)動機和變速箱之間的飛輪殼內，用螺釘將離合器總成固定在飛輪的后平面上，離合器的輸出軸就是變速箱的輸入軸。在汽車行駛過程中，駕駛員可根據(jù)需要踩下或松開離合器踏板，使發(fā)動機與變速箱暫時分離和逐漸接合，以切斷或傳遞發(fā)動機向變速器輸入的動力。其功用為：（1）使汽車平穩(wěn)起步；（2）中斷給傳動系的動力，配合換檔；（3）防止傳動系過載。膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型汽車上廣泛采用的一種離合器，它的轉矩容量大而且較穩(wěn)定，操作輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。此設計說明書詳細的說明了輕型汽車膜片彈簧離合器的結構形式，參數(shù)選擇以及計算過程。本文主要是對載重 2 噸輕型汽車的膜片式彈簧離合器進行設計。根據(jù)車輛使用條件和車輛參數(shù)，按照離合器系統(tǒng)的設計步驟和要求，主要進行了以下工作：選擇相關設計參數(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Dp定。并進行了總成設計主要為：分離裝置的設計，以及從動盤設計（從動盤轂的設計）和圓柱螺旋彈簧設計等。關鍵詞: 離合器 , 膜片彈簧 , 從動盤 , 壓盤 , 摩擦片IABSTRACTAutomobile 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.In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle . It has great capacity of torque And more stabley ,manipulate easy and convenient ,well equilibrium ,And also can produce batch .so the research of the clutch is more and more important . This design manual elaborated on the construction form,parametre choose and process of calculate of the light vehicle.This paper is the single-car theca spring clutch design. According to traffic conditions and vehicle parameters, in accordance with the clutch system of steps and requirements, mainly for the following work：Select the design for the main parameters: the determination of friction-diameter, the determining factor clutch reserve , the pressure on the units Didentified . And the design of the main assembly: the separation device Pdesign, set design and follower (the hub-driven design) and cylindrical coil spring design,and so on.KEY WDRDS: clutch , theca spring, driven plate , friction disc載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計II載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計0緒言汽車是重要的交通運輸工具，是科學技術發(fā)展水平的標志，隨著現(xiàn)代生活的節(jié)奏越來越快，人們對交通工具的要求也越來越高。汽車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，汽車工業(yè)的規(guī)模及產(chǎn)品的質量就成為衡量一個國家技術的重要標志之一。對于汽車來說，由于它要求具有自重輕、行駛速度高、加速性好、適于各種路面上甚至無路地區(qū)行駛及機動靈活等特點，長期以來，它的發(fā)動機都采用內燃機。但是，由內燃機的扭矩轉速特性曲線可知，在其整個工作轉速范圍內扭矩變化小，最低穩(wěn)定轉速較高，不能適應汽車可能遇到的各種行駛條件：如起步、爬坡、通過各種路面和無路地區(qū)等。因此，在汽車上需要有一套復雜的傳動系統(tǒng)，以使內燃機能適應汽車行駛的需要?，F(xiàn)代汽車上常用的是機械傳動系統(tǒng)，它是由離合器及變速器、萬向節(jié)傳動軸、主減速器、差速器和驅動車輪的傳動裝置等部件組成。在上述機械式傳動系統(tǒng)中，離合器作為一個獨立的部件而存在。它實際上是一種是一種依靠其主、從動件之間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構，見圖 0.1 51圖 0.1 離合器工作原理圖51飛輪；2從動盤；3離合器踏板；4壓緊彈簧；5變速器第一軸；6從動盤轂離合器是汽車傳動系中直接與發(fā)動機相連接的部件，用來分離或給發(fā)動機與變速器之間的動力傳遞。其基本功用有三：第一：在汽車起步時，通過離合器主動部分（和發(fā)動機曲軸相連）和從動部分（與變速器第一軸相接）之間的滑磨、轉速的逐漸接近，使旋轉著的發(fā)動機和原來靜止的傳動系平穩(wěn)地聯(lián)接起來，以保證汽車平穩(wěn)起步。第二：當變速器換檔時，通過離合器主從動部分的迅速分離來切斷動力傳遞，以減輕換檔時齒輪間的沖擊，便于換檔。第三：當傳給離合器的扭矩超過其所能傳遞的最大力矩（即離合器的最大摩擦力矩）時，其主從動部分將產(chǎn)生相對滑磨。這樣離合器就起著保護傳動系防止其過載的作。由于離合器上述三方面的功用，使離合器在汽車結構上有著舉足輕重的地位。然而早期的離合器結構尺寸大，從動部分轉動慣量大，引起變速器換檔困難，而且這種離合器在結合時也不夠柔和，容易卡住，散熱性差，操縱也不方便，平衡性能也欠佳。因此為了克服上述困難，可以選擇膜片彈簧離合器，它的轉矩容量大且較穩(wěn)定，操縱載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計2輕便，平衡性好，也能大量生產(chǎn)，對于它的研究已經(jīng)變得越來越重要。本設計就是設計傳動裝置中的離合器在設計中對各種離合器類型進行分析，探討，最后設計出使用于載重量為 2T 的汽油發(fā)動機輕型汽車車用離合器。第 1 章 概述膜片彈簧離合器是近年來在轎車和輕型載貨汽車上廣泛采用的一種離合器。因其作為壓簧，可以同時兼起分離杠桿的作用，使離合器的結構大為簡化，質量減少，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以整個圓周接觸，使壓力分布均勻。另外由于膜片彈簧具有非線性彈性特性，故能在從動盤摩擦片磨損后，彈簧仍能可靠的傳遞發(fā)動機的轉矩，而不致產(chǎn)生滑離。離合器分離時，使離合器踏板操縱輕便，減輕駕駛員的勞動強度。此外，因膜片是一種對稱零件，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，因受離心力作用會產(chǎn)生橫向撓曲，彈簧嚴重鼓出，從而降低了對壓盤的壓緊力，從而引起離合器傳遞轉矩能力下降。那么可以看出，對于輕型車膜片彈簧離合器的設計研究對于改善汽車離合器各方面的性能具有十分重要的意義。作為壓緊彈簧的所謂膜片彈簧，是由彈簧鋼沖壓成的，具有“無底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，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）鉚釘來安裝定位。當離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時，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，3錐頂角變大，甚至膜片彈簧幾乎變平。同時在膜片彈簧的大端對壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結合狀態(tài)。當離合器分離時，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點發(fā)生反錐形的轉變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動壓盤后移使離合器分離。膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設計摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對稱的，因此其壓緊力實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，使離合器結構大為簡化，零件數(shù)目減少，質量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實現(xiàn)良好的通風散熱等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點，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及微型、輕型客車上得到廣泛運用，而且正大力擴展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設計出了傳遞轉矩為 802000N.m、最大摩擦片外徑達 420 的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質量達 2832t 的重型汽車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)都采用壓式機構，即離合器分離時膜片彈簧彈性杠壓桿內端的分離指處是承受壓力。當前膜片彈簧離合器的操縱機構已經(jīng)為拉式操縱機構所取代。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，使結構簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應力分布也得到改善，最大應力下降；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。而在壓式結構中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程。載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計4第 2 章 離合器結構方案選取2.1設計任務書給定參數(shù)和結構設計要求發(fā)動機最大功率及轉速： 63Kw/3800rpm發(fā)動機最大轉矩及轉速： 179 N.m/2500rpm整車總質量： 4.095 噸裝載質量： 2 噸主減速比： 5.83變速器低檔傳動比： 5.56輪胎型號： 6.50-16在設計離合器時，應根據(jù)車型的類別，使用要求制造條件以及“三化” （系列化，通用化，標準化）要求等，合理選擇離合器的結構。在離合器的結構設計時必須綜合考慮以下幾點：1：保證離合器結合平順和分離徹底。2：離合器從動部分和主動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滑4：運動零件的限位55：離合器的調整。2.2 結構設計結構設計的各項要求，在本設計中都將全面的考慮，并采用相應的措施予以實現(xiàn)。2.2.1 從動盤數(shù)及干濕式選取根據(jù)已知條件知道載重 2 噸輕型汽車可選取單片干式膜片彈簧摩擦離合器，因為這種結構的離合器結構簡單，調整方便，軸向尺寸緊湊，分離徹底，從動件轉動慣量小，散熱性好，采用軸向有彈性的從動盤結合平順，廣泛用于轎車及微、中型客車和貨車上，在發(fā)動機轉矩不大于 1000N.m 的大型客車和重型貨車上也有所推廣。因此該離合器選取單片干式膜片彈簧離合器。2.2.2 壓緊彈簧的結構形式及布置離合器的壓緊彈簧的結構形式有：圓柱螺旋彈簧、矩形斷面的圓錐螺旋彈簧和膜片彈簧等?？刹捎醚貓A周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根據(jù)本所設計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“無底碟子”形狀的截錐形薄壁膜片，且自其小端在錐面上開有許多徑向切槽，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）鉚釘來安裝定位。當離合器蓋用螺栓固定到飛輪上時，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（參看 2.1 圖） 。同時在膜片彈簧的大端對壓盤產(chǎn)生壓緊力使離合器處于結合狀態(tài)。當離合器分離時，分離軸承前移膜片彈簧壓前支承圈并以其作為支點發(fā)生反錐形的轉變，使膜片彈簧大端后移，并通過分離鉤拉動壓盤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：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此設計摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎不變，且可以減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對稱的，因此其壓緊力實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，使離合器結構大為簡化，零件數(shù)目減少，質量減小并顯著縮短了軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，摩擦均勻，也易于實現(xiàn)良好的通風散熱等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列優(yōu)點，并且制造膜片彈簧離合器的工藝水平在不載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計6斷提高，因此這種離合器在轎車及微型、輕型客車上得到廣泛運用，而且正大力擴展到載貨汽車和重型汽車上，國外已經(jīng)設計出了傳遞轉矩為 802000N.m、最大摩擦片外徑達 420 的膜片彈簧離合器系列，廣泛用于轎車、客車、輕型和中型貨車上。甚至某些總質量達 2832t 的重型汽車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)都采用壓式機構，即離合器分離時膜片彈簧彈性杠壓桿內端的分離指處是承受壓力（見圖 2.2a） 。當前膜片彈簧離合器的操縱機構已經(jīng)為拉式操縱機構所取代。后者的膜片彈簧為反裝，并將支承圈片彈簧的大端附近（見圖 2.3b） ，使結構簡化，零件減少、裝拆方便；膜片彈簧的應力分布也得到改善，最大應力下降；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。而在壓式結構中支承圈的磨損會形成間隙而增大踏板的自由行程(見圖 2.3a)。圖 2.1 膜片彈簧離合器的工作原理圖5（a）自由狀態(tài)； （b）壓緊狀態(tài)； （c）分離狀態(tài)7圖 2.2 8推式和拉膜片彈簧力作用點位置對照圖（a）推式離合器 ;（b）拉式離合器 圖 2.3 8(a) 一般壓式操縱 (b)拉式操縱2.2.3 壓盤的驅動方式壓盤是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉矩時它和飛輪一起帶動從動盤轉動，但這種連接應允許壓盤在離合器分離過程中能自由的作軸向移動。壓盤與飛輪的連接方式或驅動方式有：凸塊窗孔式、傳力銷式、鍵式以及彈性載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計8傳動片式等（見圖 2.4） 。近年來廣泛采用彈性傳動片式。因為另外幾種方式有一個共同的缺點，即連接之間有間隙（如凸塊與窗孔之間的間隙約為 0.2mm） 。這樣在傳動時將產(chǎn)生沖擊和噪聲，甚至可能導致凸塊根部產(chǎn)生裂紋而造成零件的早期破壞。另外，在離合器分離時，由于零件間的摩擦將降低離合器操縱部分的傳動效率。彈性傳動片是由薄彈簧鋼沖壓而成（見圖 2.4e） ，其一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，且一般用 34 組（每組 23 片）沿圓周切向布置以改善傳動片的受力狀況，這時，當發(fā)動機傳動片時受拉，當由車輪滑行時反轉受壓。這種利用傳動片驅動壓盤的方式不緊消除了上述缺點，而且簡化了結構，降低了對裝配精度的要求且有利于壓盤的定中。所以該離合器采用彈性傳動片。圖 2.4 壓盤的驅動方式8a凸塊窗孔式；b傳力銷式；c鍵槽指銷式；d鍵齒式；e彈性傳動片式2.2.4 分離軸承的類型分離軸承在工作中主要承受軸向力，在分離離合器時由于分離軸承旋轉產(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荷，后者適合于相反情況.常用含潤滑油脂的密封止推球軸承;小型車有時采用含油石墨止推滑動軸承。分離軸承與膜片彈簧之間有沿圓周方向的滑磨，當兩者旋轉中不同心時也伴有徑向滑磨。為了消除因不同心導致的磨損并使分離軸承與膜片彈簧內端接觸均勻，膜片彈簧離合器廣泛采用自動調心式分離裝置（見圖2.5） 。它有內圈旋轉軸承，軸承罩，波形片簧（見圖 2.5）中 4，它由厚約為 0.7的65Mn 鋼帶制成，油淬、模內回火度 HRC4351）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于分離套筒可以徑向移動 1mm 左右，所以當膜片相對分離套筒有偏斜時，由于波形片簧能夠產(chǎn)生變形，允許分離軸承產(chǎn)生相對的偏斜，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圈接觸，則增大了膜片彈簧的杠9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。分離器結合后，分離軸承與分離杠桿之間一般有 34mm 間隙，以免在摩擦片磨損后引起壓盤壓力不足而導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。有的轎車采用無此間隙的內圈恒轉式結構，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。圖 2.5 自動調心軸承裝置81分離軸承罩；2分離軸承；3分離套筒；4波形彈簧片2.2.5 離合器的通風散熱措施提高離合器工作性能的有效措施是借助于其通風散熱系統(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。當壓盤工作表面的溫度超過 180200時，摩擦片的磨損速度將急劇升高。在特別嚴酷的使用條件下，該溫度有可能達到 1000。在高溫下壓盤會翹曲變形甚至產(chǎn)生裂紋和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也會燒裂和破壞。為防止摩擦表面的溫度過高，除壓盤應具有足夠的質量以保證有足夠的熱容量外，還應使其散熱通風良好。為此，可在壓盤上設置散熱筋或鼓風筋；在雙片離合器中間壓盤體內鑄出足夠多的導風槽，這種結構措施在單片離合器壓盤上也開始應用；將離合器蓋和壓盤設計成帶有鼓風葉片的結構；在保證有足夠剛度的前提下在離合器蓋上開出較多或較大的通風口，以加強離合器表面的通風散熱和清除摩擦產(chǎn)生的材料粉末，在離合器殼上設置離合器冷卻氣流的入口和出口等所謂通風窗，在離合器載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計10殼內裝設冷卻氣流的導罩，以實現(xiàn)對摩擦表面有較強定向氣流通過的通風散熱等。為防止壓盤 的受熱翹曲變形，壓盤應有足夠大的剛度。鑒于以上對質量和剛度的要求，一般壓盤都設計得比較厚，載貨汽車一般不小于 15。第 3 章 離合器基本結構參數(shù)的確定在初步確定了離合器的結構形式之后就要確定其基本結構尺寸參數(shù)。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，它關系到離合器的結構重量和使用壽命，所以應先確定摩擦片的外徑 D在確定外徑時，可以根據(jù)以下經(jīng)驗公式（3.1）計算出：D= 100 式(3.1)ATemax式中： D摩擦片外徑，11T 發(fā)動機最大扭矩，N.mmaxeA和車型及使用 條件有關的常數(shù)設計原始數(shù)據(jù)：T =179N.maxe2 噸輕型載貨汽車：單片摩擦離合器 A=36由公式（3.1）代入相關數(shù)據(jù)，則得： D=223根據(jù)離合器摩擦片的標準化，系列化原則，根據(jù)下表 3.1“離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)” （即 GB145774）表 3.1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)8外徑D/160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430內徑 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/DC0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 0.5321 30.676 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/ 3cm106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037可?。耗Σ疗嘘P標準尺寸：外徑 D=225 內徑 d=150 厚度 h=3.5 內徑與外徑比值 C=0.67 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)動機扭矩，同時它有助于減少汽車起步時的滑磨，提高了離合器的使用壽命。但為了離合器的尺寸不致過大，減少傳遞系的過載，使操縱輕便等，后備系數(shù)又不宜過大。在開始設計離合器時一般是參照統(tǒng)計質料，并根據(jù)汽車的使用條件，離合器結構形式等特點，初步選定后備系數(shù) 。汽車離合器的后備系數(shù)的推薦值： 小轎車： =1.31.75載重車: =1.72.25- 帶拖掛的重型車或牽引車: =2.03.0本設計的是 2 噸輕行載貨汽車用離合器，參看有關統(tǒng)計質料“我國一些汽車離合器的主要參數(shù)” （見下表 3.2） ，并根據(jù)最大總質量不超過 6 噸的載貨汽車 =1.201.75，選定其后備系數(shù) =1.40載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計12表 3.2 我國一些汽車離合器的主要參數(shù)8摩擦片尺寸車型 離合器的形式彈簧數(shù)目 D d總壓力（KPg）摩擦力矩（Kg.m）后備系數(shù) 單位壓力（ ）2cmKg上海SH130單、干 9 254 150 531 259 168 161北京BJ130單、干 6 254 150 471 238 136 143躍進NJ130單、干 9 254 150 740 373 182 220解放CA10B單、干 12 280 165 672 765 24 169交通SH142單、干 12 276 178 720 41 152 205黃河JN150單、干 6 350 195 704 96 141 104東風EQ140單、干 16 325 190 1072 69 18 1963.3 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),摩擦片材料及質量等有關.離合器使用頻繁,工作條件比較惡劣(如城市用的公共汽車和礦用載重車),單位壓力P 較小為好。當摩擦片的外徑較大時也要適當降低摩擦片摩擦面上的單位壓力 P。因為在其它條件不變的情況下，由于摩擦片外徑的增加，摩擦片外緣的線速度大，滑磨時發(fā)熱厲害，再加上因整個零件較大，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=225 內徑 d=150 厚度 h=3.5 內徑與外徑比值 C=0.67 又初選 =1.40 運用公式（3.2）可以校核單位壓力 PT = T = PD (1 ) 式 (3.2)maxeaxe12cZ33Dd13上式中：Z 對彈片離合器取 2Cc對用有機材料摩擦片，在設計時，其摩擦系數(shù)可取 =0.3根據(jù)式（3.2）代入相關數(shù)據(jù)則得：P=0.24MP=2.32Kg/ 2又由下圖 3.1 中的曲線 1 中查得：由摩擦片外徑 D=225，從圖中的關系可查得：該離合器摩擦片的單位容許單位壓力P為：P=2.5 Kg / 2也即是摩擦面上的單位壓力 PP,沒有超出允許范圍.因此上述各基本結構參數(shù)合適。圖 3.1 單位壓力與摩擦片外徑的關系81適用于小轎車；2適用于載貨汽車第 4 章 離合器從動盤設計4.1 從動盤結構簡要介紹在現(xiàn)代汽車上一般都采用帶有扭轉減振的從動盤,用以避免汽車傳動系統(tǒng)的共振,緩和沖擊,減少噪聲,提高傳動系統(tǒng)零件的壽命,改善汽車行使的舒適性,并使汽車平穩(wěn)起步。從動盤主要由從動片，從動盤轂， ，摩擦片等組成，由下圖 4.1 可以看出，摩擦片1，13 分別用鉚釘 14，15 鉚在波形彈簧片上，而后者又和從動片鉚在一起。從動片 5用限位銷 7 和減振 12 鉚在一起。這樣，摩擦片，從動片和減振盤三者就被連在一起了。在從動片 5 和減振盤 12 上圓周切線方向開有 6 個均布的長方形窗孔，在在從動片 和減振盤之間的從動盤轂 8 法蘭上也開有同樣數(shù)目的從動片窗孔，在這些窗孔中裝有減振彈簧 11，以便三者彈性的連接起來。在從動片和減振盤的窗孔上都制有翻邊，載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計14這樣可以防止彈簧滑脫出來。在從動片和從動盤轂之間還裝有減振摩擦片 6，9。當系統(tǒng)發(fā)生扭轉振動時，從動片及減振盤相對從動盤轂發(fā)生來回轉動，系統(tǒng)的扭轉能量會很快被減振摩擦片的摩擦所吸收。圖 4.1 帶扭轉減振器的從動盤 81，13摩擦片；2，14，15鉚釘；3波形彈簧片；4平衡塊；5從動片；6，9減振摩擦；7限位銷；8從動盤轂；10調整墊片；11減振彈簧；12減振盤4.2 從動盤設計設計從動盤時一般應滿足以下幾個方面的要求:（1） 為了減少變速器換檔時齒輪間的沖擊，從動盤的轉動慣量應盡可能?。?） 為了保證汽車平穩(wěn)起步、摩擦面片上的壓力分布均勻等從動盤應具有軸向彈性（3） 為了避免傳動系的扭轉共振以及緩和沖擊載荷，從動盤中應裝有扭轉減 振器（4） 要有足夠的抗爆裂強度4.2.1 從動片的選擇和設計設計從動片時要盡量減輕質量，并使質量的分布盡可能靠近旋轉中心，以獲得小的轉動慣量。這是因為汽車在行駛中進行換檔時，首先要分離離合器，從動盤的轉速必然要在離合器換檔的過程中發(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） 。離合器的從動盤轉速的變化將引起慣性力，而使變速器換檔齒輪之15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盤的轉動慣量成正比，因此為了見效轉動慣量，從動片都做的比較薄，通常是用 1.32.0厚的薄鋼板沖壓而成,為了進一步減小從動片的轉動慣量,有時將從動片外緣的盤形部分磨至0.651.0,使其質量更加靠近旋轉中心。為了使離合器結合平順，保證汽車平穩(wěn)起步，單片離合器的從動片一般都作成具有軸向彈性的結構，這樣，在離合器的結合過程中，主動盤和從動盤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的。此外，彈性從動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片有以下三種形式：整體式的彈性從動片，分開式的彈性從動片、及組合式彈性從動片。 ，在本設計中，因為設計的是 2 噸輕型載貨汽車的離合器，故采可以用整體式彈性從動片，其簡化結構見下圖 4.2，離合器從動片采用 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 225，內徑由從動盤轂的尺寸決定，這將在以后的設計中取得。為了防止由于工作溫度升高后使從動盤產(chǎn)生翹曲而引起離合器分離不徹底的缺陷，還在從動剛片上沿徑向開有幾條切口。由于其采用整體式彈性從動片，從動片沿半徑方向開槽,其結構簡圖見下圖 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.在離合器結合的過程中,從動片被壓緊,彎曲的波浪扇形部分被逐漸壓平從動盤摩擦面片所傳遞的轉矩逐漸增大,使其結合過程較平順,柔和,整體式彈性從動片根據(jù)從動片尺寸的大小可制成 612 個切槽,并常常將扇形部分與中央部分的連接處切成 T 形槽,目的是進一步減小剛度,增加彈性.相關結構尺寸參看設計圖紙。從鋼動片材料一般采用高碳剛或彈簧剛板沖壓而成，經(jīng)熱處理后達到所要求的硬度,相關尺寸見零件圖。載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計16圖 4.2 整體式彈性從動片81從動片；2摩擦片；3鉚釘4.2.2 從動盤轂的設計從動盤轂在變速器第一軸前端的花鍵上，目前一般都采用齒側定心的矩形花鍵，花鍵之間為動配合，以便在離合器分離和結合時從動盤轂能夠在軸上自由移動。本離合器設計中的從動盤轂花鍵也用齒側定心的矩形花鍵。在設計從動盤轂花鍵時，可以根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機的扭矩來選取。在本設計中，根據(jù)從動盤外徑和發(fā)動機扭矩來選取從動盤花鍵轂花鍵的有關尺寸，由 GB114474，根據(jù)下表 4.1 可得：花鍵齒數(shù) n=10花鍵外徑 D=34花鍵內徑 d=27齒厚 b=4有效齒長 L=33從動盤轂一般用中碳鋼鍛造而成，并經(jīng)調質處理，擠壓應力不應超過 =20MP，本從動盤轂材料選用 40Cr。為了保證從動盤轂在變速器第一軸上滑動時不產(chǎn)生偏斜，而影響離合器的徹底分離，從動盤轂的軸向尺寸不應過小，一般取其尺寸與花鍵外徑大小相同，對在嚴重情況下工作的離合器，其長度更大，可達到花鍵外徑的 1.4 倍?；ㄦI的尺寸選定后應進行強度校核，17由于花鍵的損壞形式主要是表面受力過大而破壞，所以花鍵要進行擠壓應力校核，如果應力偏大可以適當增加花鍵轂的軸向長度。花鍵擠壓應力校核公式如下式（4.1）：= （MP） 式(4.1)nhlP式中：P花鍵的齒側面壓力，N。它有下式確定：P= ZdDTe)(4maxD,d分別為花鍵的外徑，內徑，mZ從動盤轂的數(shù)目T 發(fā)動機最大轉矩，N.maxeN花鍵齒數(shù)h花鍵齒工作高度，m；h= 2)('dDl花鍵有效長度，m代入相關數(shù)據(jù)可得：P=11737N =11.7MP該花鍵轂花鍵的 =11.7MP =20MP所以該花鍵轂花鍵的尺寸合適,花鍵的結構簡圖見圖 4.3， ，從動盤轂見零件圖紙。表 4.1 從動盤轂花鍵尺寸系列8從動盤外徑D/發(fā)動機轉矩/N.meT花鍵齒數(shù) n花鍵外徑 /D花鍵內徑 /d齒厚/ 有效齒長 l/擠壓應力 /MaP1601802002252505070110 15020010101010102326293235182123262833444202025303510108113115104載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計1828030032535038041043045028031038048060072080095010101010101010103540404040454552 323232323236364145555556 4040455055606565 127107116132152131135125圖 4.3 花鍵結構示意圖84.2.3 摩擦片的材料選取及與從動片的固緊方式摩擦片的工作條件比較惡劣，為了保證它能長期穩(wěn)定的工作，根據(jù)汽車的的使用條件，摩擦片的性能應滿足以下幾個方面的要求：應具有較穩(wěn)定的摩擦系數(shù)，溫度，單位壓力和滑磨速度的變化對摩擦系數(shù)的影響小。要有足夠的耐磨性，尤其在高溫時應耐磨。要有足夠的機械強度，尤其在高溫時的機械強度應較好熱穩(wěn)定性要好，要求在高溫時分離出的粘合劑較少，無味，不易燒焦19磨合性能要好，不致刮傷飛輪及壓盤等零件的表面油水對摩擦性能的影響應最小結合時應平順而無“咬住”和“抖動”現(xiàn)象由以上的要求,目前車用離合器上廣泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐熱和化學穩(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、強度高、耐高溫、耐磨和較高摩擦系數(shù)（可達 0.5 左右）的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。在該設計中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，當在高溫條件下工作時，黃銅鉚接有較高的強度，同時，當釘頭直接與主動盤表面接觸時，黃銅鉚釘不致像鋁鉚釘那樣會加劇主動盤工作表面的局部磨損，磨損后的生成物附在工作表面上對摩擦系數(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。第 5 章 壓盤的設計5.1 壓盤傳力方式的選擇壓盤（其結構見零件圖）是離合器的主動部分，在傳遞發(fā)動機轉矩時，它和飛輪載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計20一起帶動從動盤轉動，所以它必須和飛輪連接在一起，但這種連接應允許壓盤在離合器的分離過程中能自由的沿軸向移動。如前面所述采用采用傳動片式的傳力方式。由彈簧鋼帶制成的傳動片一端鉚在離合器蓋上，另一端用螺釘固定在壓盤上，為了改善傳動片的受力情況，它一般都是沿圓周布置。5.2 壓盤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，故壓盤的內外徑也可因此而確定。壓盤外徑 D=231 壓盤內徑 d=138那么壓盤的的尺寸歸結為確定其厚度。壓盤的厚度確定主要依據(jù)以下兩點：（1） 壓盤應有足夠的質量在離合器的結合過程中，由于滑磨功的存在，每結合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而每次結合的時間又短（大約在 3 秒鐘左右） ，因此熱量根本來不及全部傳到空氣中去，這樣必然導致摩擦副的溫升。在頻繁使用和困難條件下工作的離合器，這種溫升更為嚴重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴重時甚至會引起摩擦片和壓盤的損壞。由于用石棉材料制成的摩擦片導熱性很差，在滑磨過程中產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，故要求壓盤有足夠大的質量以吸收熱量。（2） 壓盤應具有較大的剛度壓盤應具有足夠大的剛度，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。 鑒于以上兩個原因壓盤一般都做得比較厚（載重汽車上一般不小于 15） ，但一般不小于 10在該設計中，初步確定該離合器的壓盤的厚度為 13。在初步確定該離合器壓盤厚度以后，應校核離合器接合一次時的溫升，其接合一次的溫升不得超過 8°10°。若溫升過高可以適當增加壓盤的厚度。根據(jù)下面公式（5.1）來進行校核：= 式 (5.1)壓cmL式中： 溫升，L滑磨功，N.m,L=0.5J W = ,m =m =a2o22180graeimn壓 av21分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比：單片離合器壓盤 =0.50 C壓盤的比熱容，對鑄鐵壓盤，C=544.28J/(·K)m 壓盤質量，壓根據(jù)公式（5.1）代入相關數(shù)據(jù)可得； =5 此數(shù)值 =58°10°故該厚度符合要求5.3 壓盤和傳動片的材料選擇壓盤形狀一般比較復雜，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構，硬度為 HB170227，其摩擦表面的光潔度不低與 1.6。為了增加機械強度，還可以另外添加少量合金元素。在本設計中用材料為 3 號灰鑄鐵 JS1，工作表面光潔度取為 1.6.傳力片材料選用 80 號鋼,根據(jù)前面所設計的壓盤,摩擦片及從動片的厚度,以及以往的設計經(jīng)驗,傳動片的結構示意圖可確定為下圖 5.1 所示：圖 5.1 傳力片示意圖8初步定傳動片的設計參數(shù)如下：共設 3 組傳動片（i=3）,每組 2 片（n=2）,傳動片的幾何尺寸為：寬 b=14 ，厚 h=1,傳力片上孔間的距離 l=50,孔的直徑d=6，傳力片切向布置，圓周半徑（也即是孔中心所在圓周半徑）R=249，傳動片的材料彈性模量 E=2×10 MP，根據(jù)上面所選定的尺寸進行傳動片的強度校核，5根據(jù)下面幾個相關公式：=ld (有效長度 ) 式(5.2)1l 1l= =12E ni/ （總剛度 ） 式(5.3)KnxJ3K=3 Eh/ (壓盤，膜片彈簧和離合器蓋組裝時的最大應力) 式(5.5)maxf21l=3 Eh/ 6 /inRb + / inRbh(正向驅動時應力公式)emaxTf2hemaxT載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計22式(5.6)=3 Eh/ +6 /inRb / inRbh(反向驅動時應力公式)maxf21lemaxTf2hemaxT式(5.7)= ·f(彈性恢復力) 式(5.8)彈FK根據(jù)以上公式進行校核，該傳動片符合要求。5.4 離合器蓋的設計離合器蓋一般都與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的一部分轉矩。此外，它還是離合器壓緊彈簧和分離杠桿的支承殼體。因此，在設計中應注意以下幾個問題：離合器的剛度離合器分離杠桿支承在離合器蓋上，如果蓋的剛度不夠，即當離合器分離時，可能會使蓋產(chǎn)生較大的變形，這樣就會降低離合器操縱機構的傳動效率，嚴重時還可能造成離合器分離不徹底，引起摩擦片的早期磨損，還會造成變速器的換檔困難。因此為了減輕重量和增加剛度，該離合器蓋采用厚度約為 4 的低碳鋼板（如 08 鋼板）沖壓成帶加強筋和卷邊的復雜形狀。離合器的通風散熱為了加強離合器的冷卻離合器蓋必須開有許多通風窗口，通常在離合器壓緊彈簧座處開有通風窗口。離合器的對中問題離合器蓋內裝有分離杠桿、壓盤、壓緊彈簧等重要零件，因此它相對與飛輪必須有良好的對中，否則會破壞離合器的平衡，嚴重影響離合器的工作。離合器蓋的對中方式有兩種，一種是用止口對中，另有種是用定位銷或定位螺栓對中，由于本設計選用的是傳動片傳動方式，因而離合器蓋通過一外圓與飛輪上的內圓止口對中。第 6 章 離合器分離裝置的設計離合器的分離裝置包括分離桿，分離軸承和分離套筒。236.1 分離桿的設計本設計才用的是膜片彈簧的壓緊機構，分離桿的作用由膜片彈簧中的分離指來完成。其結構尺寸參數(shù)在后續(xù)設計中確定。在設計分離桿時應注意以下幾個問題：分離桿要有足夠的剛度分離桿的鉸接處應避免運動上的干涉分離桿內端的高度可以調整6.2 離合器分離套筒和分離軸承的設計分離軸承在工作中主要承受軸向力，在離合器分離時，由于分離軸承的旋轉，在受離心力的作用下，還承受徑向力。在傳統(tǒng)離合器中采用的分離軸承主要有徑向止推軸承和止推軸承。而在現(xiàn)代汽車離合器中主要采用了角接觸式的徑向推力球軸承，并由軸承內圈轉動。本設計的是膜片彈簧離合器，為了保證在分離離合器時分離軸承能均勻地壓緊膜片彈簧內端，采用可以自位（自動調準中心）的分離裝置，其結構示意圖見圖 6.1，可以彌補因幾何上偏移造成的強烈振動。圖 6.1 自動調心軸承41分離軸承罩；2分離軸承；3分離套筒；4波形彈簧片 自位分離軸承和分離套筒通過碟形彈簧裝配在一起成為一體，碟形彈簧小端卡緊在軸承套筒座的外凸臺部位，其大端壓緊軸承外圈的內端面，依靠摩擦把分離軸承與軸承套筒連在一起。圖中間隙 A 所允許的調節(jié)量為 1.42.4。這種軸承的內外圈可由 80Cr2 軸承鋼沖制加工而成，外密封環(huán)用 0.5 厚板材沖制,表面有硫化氟橡膠,其密載重 2 噸輕型汽車膜片式離合器總成設計24封刃口朝向軸承內座圈來密封.軸承中分布了 15 個鋼球。分離套筒裝在變速器第一軸承蓋的軸頸上，兩者之間為間隙配合，可以在自由移動，而分離軸承內圈與分離套筒座相配合處徑向有 0.5的間隙.在離合器處于結合狀態(tài)時,分離軸承的端面與分離杠桿之間應留有 34間隙，以備在摩擦片磨損的情況下，不致防礙壓盤繼續(xù)壓緊從動盤總成，以保證可靠地傳遞發(fā)動機轉矩。這個間隙反映為踏板上的一段自由行程。在本設計中，由前面選擇的花鍵轂花鍵的尺寸（外徑 34，內徑 27）因而根據(jù)有關結構尺寸數(shù)據(jù)可初選一系列有關分離軸承和分離套筒及軸頸之間的配合尺寸：分離軸承內徑 分離套筒外徑 分離套筒內徑 第一軸軸承蓋軸頸外徑第一軸軸承蓋軸頸內徑5508.55305.4444075.138分離軸承必須進行潤滑，本設計采用的潤滑方式為定期進行潤滑，在分離套筒上開有用來注潤滑油的缺口，而在離合器殼上裝有注油杯并用軟管通到分離套筒的缺口處。分離套筒的有關結構見裝配圖。在軸承的設計過程中，應對其使用壽命和承載能力進行校核計算。在本設計中由于充分考慮到分離軸承的工作條件比較理想，以及每次分離的時間也不太長，因而對該項校核工作不予考慮，也即認為所選取的軸承型號能適應各個方面的要求。第 7 章 離合器膜片彈簧的設計257.1 膜片彈簧的結構特點由前面可以知道，本設計中的壓緊彈簧是膜片彈簧。而膜片彈簧離合器分推式和拉式，在本設計中采用推式結構。膜片彈簧的結構形狀如下圖 7.1，它是由彈簧鋼板沖壓而成的。圖 7.1 8（a）膜片彈簧 （b）碟形彈簧 從圖中可以看出，膜片彈簧在結構形狀上分為兩部分。在膜片彈簧的大端處為一完整的截錐體，像圖 7.1 中 b 的樣子，它的形狀像一個無底的碟子和一般機械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱作碟簧部分。膜片彈簧起彈性作用的正是其碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這樣：沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復原形如圖7.1b 所示。可以說膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結構形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包括有徑向開槽部分。膜片彈簧上的徑向開槽部分像一圈瓣片，它的作用是，當離合器分離時作為分離杠桿。故它又稱分離爪。分離爪與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓形孔。這樣做，一方面可以減少分離爪根部應力集中，一方面又可用來安置銷釘固定膜片彈簧，分離爪根部的過渡圓角 R4.57.2 膜片彈簧的變形特性和加載方式由于膜片彈簧采用推式結構，故其正裝。離合器在分離和接合時，膜片彈簧的加載情況不一樣，相應的有兩種加載方式和變形情況：接合時離合器接合時，膜片彈簧起壓緊彈簧之用，在壓盤離合器蓋總成未與飛輪裝合以前，膜片彈簧近似處于自由狀態(tài)，如圖 7.2a 所示，膜片彈簧對壓盤無壓緊作用。當壓盤離合器蓋總成與飛輪裝合時，離合器蓋前端面向飛輪前端面靠攏。因此，離合器蓋通過支承環(huán) 4 對膜片彈簧施加載荷 P ，膜片彈簧幾乎變平見圖 7.2b。同時1在壓盤處也作用有載荷 P 。我們把 P 稱作壓緊力。支承環(huán) 4 和膜片彈簧壓盤接觸處11