毕业设计（论文）-乘用车离合器及试验方案设计.doc

上海工程技术大学毕业设计（论文）esu7160型乘用车离合器及试验方案设计各专业完整优秀毕业论文设计图纸目 录摘要1abstract20 引言41 离合器方案设计61.1 市场调查61.2 离合器实例分析71.3 离合器的功能111.4 带自锁功能的离合器设计方案121.4.1 摩擦离合器121.4.2 刚性离合器121.5 普通离合器的结构方案161.5.1 从动盘总成161.5.2 压盘和离合器盖161.5.3 离合器分离装置161.5.4 膜片弹簧171.5.5 扭转减震器171.6 离合器尺寸计算181.6.1 离合器产品的国家标准181.6.2 摩擦片外径181.6.3 摩擦片摩擦面积传递转矩202 离合器结构设计222.1 摩擦离合器后备系数232.2 离合器转矩容量232.3 理论接合过程滑磨功计算242.4 离合器磨损寿命计算252.5 离合器从动盘设计272.5.1 从动盘结构272.5.2 从动盘设计要求282.5.3 从动片的选择和设计292.5.4 从动盘毂的设计312.6 离合器压盘设计332.6.1 压盘的传力方式的选择332.6.2 压盘的几何尺寸的确定342.6.3 压盘传动片的材料选择352.7 离合器盖设计352.7.1 离合器的刚度352.7.2 离合器的通风散热352.7.3 离合器的对中问题352.8 离合器分离装置设计362.8.1 分离杆的设计362.8.2 离合器分离套筒和分离轴承的设计362.9 膜片弹簧设计382.9.1 膜片弹簧的结构特点382.9.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式382.9.3 膜片弹簧的弹性变形特性392.9.4 膜片弹簧的参数尺寸确定402.9.5 膜片弹簧的改进422.9.6 膜片弹簧强度计算432.9.7 应力计算462.10 扭转减振器设计482.10.1 性能参数计算492.10.2 减振弹簧计算522.11 离合器壳设计553 离合器压盘有限元分析553.1 力的施加553.2网格划分573.3 有限元分析结果584 离合器试验方案595 结论636 参考文献647 译文658 原文说明7881上海工程技术大学毕业设计（论文）esu7160型乘用车离合器及试验方案设计摘 要离合器是汽车的重要零部件，而国内离合器的发展尚不成熟，缺乏自主开发的核心技术，因此，对于离合器的研究有着很大的意义。在离合器的研究过程中，主要展开了以下工作：尝试了自锁离合器的设计方案和普通离合器的设计，对离合器的从动片，摩擦片，压盘，离合器盖等零部件进行参数设计计算以及强度校核，绘制离合器装配工程图以及零件工程图。运用ug软件进行离合器压盘的三维实体建模，并导入abaques有限元分析软件进行离合器压盘的有限元分析，根据有限元分析的结果再对离合器的压盘进行结构上的改进。最后对离合器的诸多性能进行试验方案设计，其中包括离合器静摩擦转矩的测定，离合器起步性能和热负荷性能试验，离合器摩擦片的热衰退性能试验以及离合器总成耐久性试验。离合器设计特点：离合器的加载方式为拉式膜片弹簧的加载方式，分离机构的主体为无内圈轴承，采用了弹簧摩擦式扭转减振器以及选用金属陶瓷作为摩擦片材料。 关键词：离合器，有限元，压盘，试验esu 7160 passenger cars clutch and test program designabstractthe automotive clutch is an important part in the development of domestic premature clutch. the lack of self-developed core technologies, therefore, it has a clutch of great significance. in the study of the clutch, carried out mainly the following work: try a self-locking clutch design and general design of the clutch, the clutch slave films, friction plate, pressure plate, clutch cover and other parts of the design calculations and the parameters strength check, drawn clutch assembly drawings and part drawings. ug software using the clutch pressure plate in the three-dimensional solid modeling and finite element analysis software into abaques clutch pressure plate for the finite element analysis, finite element analysis based on the results of further pressure on the clutch plate for structural improvements. finally, a number of clutch performance test program design, including static friction torque of the determination of clutch, clutch performance and heat load starting performance tests, the thermal clutch friction plate clutch assembly declining performance test and endurance test. clutch design features: the pull-type diaphragm spring operating mechanism, used as bearings without inner ring bearing the separation of the main body, using a torsion spring friction damper and the use of metal ceramics as friction plate material.key words: clutch, finite element, pressure plate, testesu 7160 型乘用车离合器及试验方案设计陈斌 0621072080 引言汽车作为一种便捷的交通工具融入了社会中，它的功能就是让人们的出行更加的方便，使人们能够节省更多的时间。目前我国机动车保有量持续快速增长，至2010年，我国汽车的保有量达到了7000万辆左右。如果没有强大的汽车产业，就不大可能具有强大的国家经济实力,汽车产业在某种意义上成为衡量一国经济实力的重要指标1。汽车制造业的发展对中国经济的进步有着实实在在的重大推动作用。汽车产业作为许多发达国家的支柱产业，成为制造业增加值和资本形成的主要来源，并且联动众多相关产业和容纳大量的劳动力就业。正是由于作为加速器的汽车产业的强力推进，发达国家和发展中国家才得以迅速完成工业化，为进入后工业社会奠定了坚实的物质基础和工业力量2。在工业化中期到进入后工业社会之前，一个国家实力的增强，尤其是大国，在很大程度上取决于汽车工业的发展水平。汽车工业之所以能够发挥这样的战略作用，其主要原因在于汽车工业能够直接促进产业结构的升级，提高整个制造业系统的生产效率3。虽然中国正在由汽车大国向汽车强国迈进，产销量是世界第一，但是这并不能掩盖我国汽车行业自身存在的一些问题，并没有缩短我们在核心技术、质量安全标准等方面与发达国家汽车产业间的距离。其原因主要就在于自主开发能力弱，核心技术仍然为汽车跨国集团所掌控，自主发展尚缺乏话语权4。因此，中国首要任务就是自主开发，关键是要有自主知识产权和自己的核心技术。汽车结构的主体离不开动力设备，然而动力设备的力的传递离不开的零部件总成就是离合器5。离合器是汽车传动系统当中不可或缺的一部分。汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它安装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使用离合器。它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步，便于换档和减少换档时的冲击；防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。离合器类似开关，接合或断离动力传递作用，任何形式的汽车都有离合装置。同样，国内的离合器发展尚不成熟，主要依靠国外的引进技术，如大众的dsg双离合器技术等7，8，中国对于这方面的技术比较匮乏，需要投入大量的人力和物力和去研究国外先进技术，然后开发属于自己的离合器，进而能够推动汽车行业的发展。因此，对于离合器的研究有着相当大的意义，发展之路也是任重而道远。1 离合器方案设计1.1 市场调查 若要设计一个离合器，首要任务是了解汽车内使用的是什么种类的离合器，因而在5万至15万元不同的乘用车中，做了一个抽样调查。调查结果表1.1所示 表1.1 乘用车离合器形式调查结果汽车厂商汽车品牌换挡模式离合器类型普通桑塔纳桑塔纳2000型桑塔纳3000型速腾大众汽车公司高尔夫手动拉式膜片弹簧离合器宝来捷达明锐朗逸科鲁兹上海通用汽车有限公司凯越手动拉式膜片弹簧离合器福克斯英朗标致408标致雪铁龙集团标致307手动拉式膜片弹簧离合器标致505标致408表1.1（续） 乘用车离合器形式调查结果汽车厂商汽车品牌换挡模式离合器类型奇瑞a3上海汽车工业总公司比亚迪f3手动拉式膜片弹簧离合器荣威350广州本田公司思域手动拉式膜片弹簧离合器卡罗拉北京现代汽车有限公司伊兰特手动拉式膜片弹簧离合器东风日产尼桑阳光手动拉式膜片弹簧离合器天津汽车夏利有限公司夏利n5手动拉式膜片弹簧离合器从调查的结果来看，绝大多数的乘用车所用的离合器的结构形式为膜片弹簧离合器，离合器的结构形式多种多样，有周布弹簧离合器，中央弹簧离合器，膜片弹簧离合器等。由于膜片弹簧具有很多的优点，如非线性特性，当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便9；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的，其压力实际上不受离心力的影响，性能稳定，平衡性也好10；再者，膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸11。另外，由于膜片弹簧与压盘是以整个圆周接触，使压力分布均匀，摩擦片的接触良好，磨损均匀，也易于实现良好的散热通风等12。因而，轿车上多为膜片弹簧离合器。1.2 离合器实例分析东风雪铁龙爱丽舍乘用车是市场主流车型之一，采用的离合器的形式为拉式膜片弹簧离合器，如图1.1所示13：图1.1 东风雪铁龙爱丽舍乘用车离合器1-飞轮；2-从动盘；3-变速器第一轴；4-离合器盖；5膜片弹簧；6-分离轴承；7-分离叉东风雪铁龙爱丽舍膜片弹簧离合器离合器取消了中间支撑各零件，使其结构简单，并且以中部与压盘相压，在同样压盘尺寸的条件下可采用直径大的膜片弹簧，提高了压紧力与传递扭矩的能力，并且不增大踏板力，在传递相同的扭矩时，可采用尺寸小的机构。14捷达汽车在家庭乘用车中也占有较大比例，其离合器结构形式如图1.2，1.3所示15图1.2 捷达乘用车离合器结构图1.3 捷达乘用车离合器5-离合器分离推杆；6-螺栓；7发动机曲轴；8-离合器分离盘；9离合器从动盘；10-中间板；11-卡环；12-离合器盖；13-膜片弹簧；14-飞轮；15-螺栓；16-离合器压盘；捷达汽车的离合器是无支承环的拉式膜片弹簧离合器，离合器盖12通过螺栓6和中间板10固定在发动机曲轴7上。离合器分离盘8通过卡环11卡在膜片弹簧13的三个定位抓伤。从动盘9的花键毂与传动器输入轴4配合，输入轴4为空心轴，分离推杆5从中穿过。分离推杆的左端与离合器分离轴承接触，右端则顶在分离盘8中央凹坑内。飞轮14用9个螺栓15反装在离合器盖12上，结构特点就是，在接合或分离状态下，离合器盖的变形量小，刚度大，分离效率较高,并且中间支撑少，减少了摩擦损失，传动效率较高，踏板操纵更加轻便，无论在接合状态或分离状态，拉式结构的膜片弹簧大端与离合器盖支承始终保持约束，使用寿命更长。膜片弹簧离合器的操纵曾经都是采用推式结构。当前，膜片弹簧离合器的推式操纵已被拉式操纵结构所取代15。推式膜片弹簧离合器的膜片锥顶朝后，大端靠在压盘上，对压盘施加压力，并且在推式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。拉式膜片弹簧的安装与推式膜片弹簧相反，膜片弹簧的锥顶朝前，其大端靠在离合器盖上，膜片弹簧的中部对压盘施加压力。在同样压盘尺寸下，拉式膜片弹簧离合器可采用直径较大的膜片弹簧，从而可提高压紧力和转动容量。拉式膜片弹簧离合器的结构更紧凑，简单，质量更轻，从动盘转动惯量也小，可以减小换当时齿轮轮齿间的冲击，更便于换挡16。因此拉式膜片弹簧离合器得到了广泛的应用。拉式膜片弹簧离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。它是依靠压盘与摩擦盘的磨损消耗来实现汽车的平稳起步和换挡时的平稳结合。不足之处就在于离合器完全结合时压盘与摩擦盘之间仍然会产生部分打滑，这会使离合器的摩擦盘过快磨损，从而使离合器的寿命和传动效率降低17。1.3 离合器的功能离合器安装在发动机与变速器之间，用来分离或接合前后两者之间动力联系。应能够保证能传递发动机发出的最大转矩，并且还有一定的传递转矩余力。能作到分离时，彻底分离，接合时柔和，并具有良好的散热能力。在分离离合器换档时，与变速器输入轴相连部分的转速就比较容易变化，从而减轻齿轮间冲击。缓和转动方向冲击，衰减该方向振动的能力。汽车离合器所要具备的基本功能有：（1）缓慢接合，以利于起步平稳；（2）将发动机的动力缓慢地传递到传动系至驱动轮，切断动力传递，以利于变速器换档平顺；（3）防止传动系过载，在传动系承受的载荷很大时，靠离合器打滑来限制所传递的转矩。绝大多数手动换挡模式的乘用车采用拉式膜片弹簧离合器。虽然拉式膜片弹簧的优点很多，但是不足之处也是存在的。不足之处就在于离合器完全结合时压盘与摩擦盘之间仍然会产生部分打滑，这会使离合器的摩擦盘过快磨损，从而使离合器的寿命和传动效率降低。如果当离合器完全结合时，发动机与变速箱之间能够依靠离合器的自锁实现刚性连接，就能够提高传动效率，使汽车行驶更加平稳，并且能够有效的避免离合器摩擦盘的磨损，从而提高了离合器的寿命。1.4 带自锁功能的离合器设计方案如果要同时实现离合器的基本功能和自锁功能，就需要将两种离合器加以结合，组合成一种新型的离合器。实现离合器的基本功能可以使用摩擦离合器。实现汽车自锁的功能需要使用刚性离合器。1.4.1 摩擦离合器摩擦离合器的种类繁多，从结构上分类有周布弹簧离合器，中央弹簧离合器，膜片弹簧离合器等。周布弹簧离合器的飞轮与压盘都是主动部分，与膜片弹簧离合器相比结构复杂，质量大，周布螺旋弹簧离合器受离心力的影响产生径向变形，并因减小压紧力而导致打滑。中央弹簧离合器的主动部分是由飞轮，中间盘，压盘和离合器盖构成的，此结构能够传递较大的扭矩，因此广泛应用于重型卡车。膜片弹簧离合器分为拉式膜片弹簧离合器与推式膜片弹簧离合器等。与推式膜片弹簧离合器相比拉式膜片弹簧离合器的结构更紧凑，简单，质量更轻，从动盘转动惯量也小，可以减小换当时齿轮轮齿间的冲击，更便于换挡。拉式膜片弹簧离合器在乘用车中得到了广泛使用，因此，可用拉式膜片弹簧作为摩擦离合器部分。1.4.2 刚性离合器刚性离合器有齿轮离合器，内齿式棘轮离合器，牙嵌式离合器等。齿轮离合器主要由内齿和外齿构成，其特点是扭矩能力大，外形尺寸小。适用于有一定径向位移及角向位移的场合。内齿式棘轮离合器具有：机构简单，制造容易的优点，但是这种离合器只能传递单向运动的扭矩。牙嵌式离合器，利用两半离合器端面上的牙互相嵌合或脱开以达到主、从动轴的离、合，外轮廓尺寸小，能传递较大的转矩，故应用较多。在汽车高速行驶的过程中，离合器结合，其转速差很小，牙嵌式离合器的结构能够实现离合器自锁的功能，因而，可用牙嵌式离合器作为离合器自锁机构部分。在设计的过程中还有其他方案：（1）方案一图1.4 棘爪式自锁离合器1-压盘；2-拉簧；3-外圈压盘；4-棘爪；5-内圈从动盘；6-挡圈如图1.4所示自锁机构内圈为从动盘部分，外圈为压盘部分，当离合器高速旋转时，棘爪由于离心力向外运动，与外圈齿轮啮合，实现刚性连接，当离合器速度减慢之后离心力变小，由于拉簧的作用，棘爪归位，内圈与外圈不啮合。 这个设想方案的不足之处在于当汽车发动机处于高转速下就会产生自锁，这样不仅对机构本身造成影响，还会对驾驶的安全性造成影响。因此这个设想方案不适用。（2）方案二图1.5 牙嵌式自锁离合器如图1.5所示：牙嵌离合器的一部分与输入轴连接，另一部分与飞轮连接。刚性离合器的工作由计算机控制，原理简图如图1.6所示：图1.6 牙嵌离合器原理简图车速传感器以及发动机转速传感器信号传入cpu，经处理以后发出信号使得牙嵌离合器结合，实现刚性自锁。当车速与发动机转速低于设定值以后，牙嵌离合器分离。 由于汽车离合器的结构紧凑，没有足够的空间安装牙嵌离合器的分离与结合，并且因为有信号的传输系统，使得右端的分离轴承操纵总成结构复杂，关键在于不能够实现控制信号的传入，因此这个设想方案也不适用。(3)方案三图1.7 滑销式自锁离合器 如图1.7所示离合器自锁机构为滑销式，当汽车处于高速运行工况下，滑销通过电信号的传入，进行向下移动，这样从动盘与压盘之间实现刚性连接，实现自锁。这个设想方案的不足之处在于，汽车进行自锁后，当汽车需要离合器分离时，解锁缓慢，这样会造成安全隐患，因此这个方案不适用。综上所述，以上三种设想方案的可行性很低，很难实现离合器的基本功能与自锁功能的结合。最终，放弃了这个带有自锁功能离合器的设计。1.5 普通离合器的结构方案1.5.1 从动盘总成从动盘有两种结构形式：带扭转减震器的和不带扭转减震器的。不带扭转减震器的从动盘结构简单，重量较轻。带扭转减震器的从动盘，可以避免汽车传动系统的共振，缓和冲击，减少噪声，提高传动系零件的寿命，改善汽车行驶的舒适性，并使汽车起步平稳。因此，选择带扭转减震器的从动盘作为离合器的从动盘。1.5.2 压盘和离合器盖压盘的传动方式有凸台式，键式，销式，和传力片式。前三者有一个共同的缺点，就是传力处有间隙，在传力开始的一瞬间，会产生冲击和噪声。为了消除上述缺点，本设计选择的销式传动方式。离合器盖需要有一定的刚度，考虑到成本，本设计采用铸铁的离合器。1.5.3 离合器分离装置离合器的四种分离杆机构如图1.8所示图1.8离合器分离杠杆(a)所示分离杆机构加工量大，机构复杂。(b)所示是一些重型汽车上采用的结构。（c）所示分离杆的中间支撑在离合器盖的窗口上，支承处得接触面积比较小，容易磨损。（d）所示是中小型汽车上采用的结构。具有磨损小，调整方便等优点。因此本设计选用(d)的结构作为离合器分离装置。1.5.4 膜片弹簧膜片弹簧是由碟簧和分离指组合成一体的一种特殊的碟形弹簧。其加载方式有两种，拉式以及推式，拉式膜片弹簧离合器的结构更紧凑，简单，质量更轻，从动盘转动惯量小。因此本设计选用拉式加载方式作为膜片弹簧设计。1.5.5 扭转减振器汽车传动系扭转振动减振器，按其所在位置可分成两类：一类装在从动盘总成中，另一类装在飞轮处。装在从动盘总成中的扭转振动减振器结构简单，质量轻，因此采用装在从动盘总成中的扭转振动减振器的结构。1.6 离合器尺寸计算 1.6.1 离合器产品的国家标准离合器的设计离不开国家标准，它的国家标准有很多，如离合器类别的标准gb/t 10043-19880，标准规定了操纵离合器和自控离合器的分类、型号表示方法及标记，并且这个标准适用于操纵离合器和自控离合器。又如汽车离合器分离轴承及其单元标准jb/t 53122001，主要规定了离合器分离轴承及其单元的代号方法和离合器分离轴承及其单元的台架模拟寿命、自调心离合器分离轴承的调心力和调心量的测试方法。又如离合器摩擦面片尺寸标准jb/t 91901999，它规定了离合器摩擦面片的尺寸系列，这个标准适用于各种汽车、拖拉机、工程机械和齿轮箱等机械摩擦式离合器面片。离合器的国家标准在离合器的设计过程中是必不可少的。1.6.2 摩擦片外径摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合器的轮廓尺寸、质量和使用寿命有决定性的影响。当离合器结构形式及摩擦片材料已选定，发动机最大转矩已知，适当选取后备系数和单位压力p0，可估算出摩擦片外径。摩擦片外径d（mm）也可以根据发动机最大转矩（nm）按如下经验公式选用（以下所有公式来源于文献18） (1.1)式中， a系数，取值范围见表1.2 d摩擦片外径 发动机最大转矩由选车型得= 146nm，a =47，则将各参数值代入式（1.1）后计算得 d=176.25mm表1.2 系数a的取值范围车 型系数a小轿车47一般载货汽车36（单片） 50（双片）自卸车或使用条件恶劣的载货汽车19表1.3 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即gb145774）外径d/mm内径d/mm厚度h/mm1=d/d单位面积f/1601103.20.6870.6761061801253.50.6940.6671322001403.50.7000.6571602251503.50.6670.7032212501553.50.6200.7623022801653.50.5980.7964023001753.50.5830.8024663251903.50.5850.8005463501953.50.5570.827678根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则见表1.3，初定，摩擦片相关标准尺寸：外径d=250mm，内径d=155mm，厚度h=3.5mm 内径与外径比值c=0.762，1=0.5891.6.3 摩擦片摩擦面积传递转矩（1）摩擦片外径d（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即（1.2）式中，摩擦片最大圆周速度（m/s）发动机最高转速(r/min) m/sm/s （2）为反映离合器传递的转矩并保护过载的能力，单位摩擦面积传递的转矩应小于其许用值，即（1.3）式中，单位摩擦面积传递的转矩(n.m/mm2) d摩擦盘外径 d摩擦盘内径 z摩擦盘数将各参数值带入式（1.3）后计算得表1.4 单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格0.280.300.350.40由离合器规格（），按表1.4选取，单位摩擦面积传递转矩的许用值为0.003得因此，确定摩擦片参数：外径d=250mm 内径d=155mm 厚度h=3.5mm 内径与外径比值c=0.762 1=0.589由摩擦片参数可确定从动片厚度为2mm。摩擦片的厚度为1.6mm。压盘的尺寸初定为15mm。从动盘毂的尺寸初定为35mm。 离合器盖采用厚度约为4的低碳钢板。飞轮厚度约为15mm。分离轴承约为35mm。按照上述计算结果，得到离合器尺寸布置图如图1.9所示图1.9 离合器尺寸布置的图2 离合器结构设计根据设计任务，整车的主要参数为：c级家庭乘用车，前置前驱布置方式；l4 1.6l汽油发动机，最大功率/转速78kw/6000rpm，最大扭矩/转速146nm/3600 rpm；5档手动变速箱；整备质量1300kg；轮胎规格185/60 r14；轴距2400mm，轮距1400mm主要性能：最高车速172km/h：0100 km/h加速时间12.8 s；综合油耗7.2l：制动距离40m（100 km/h）。以此为依据，进行设计计算。2.1 摩擦离合器后备系数后备系数是离合器的重要参数，反映离合器传递发动机最大扭矩的可靠程度，选择时，应从以下几个方面考虑：（1）摩擦片在使用中有一定磨损后，离合器还能确保传递发动机最大扭矩；（2）防止离合器本身滑磨程度过大；（3）要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车=1.21.75。本设计针对于1300kg乘用汽车离合器，根据表2.1离合器后备系数的取值范围，并结合设计实际情况，可由表2.1查得 1.3。表2.1 离合器后备系数的取值范围车 型后备系数小轿车1.201.30载货车1.72.25带拖挂的重型车或牵引车2.03.02.2 离合器转矩容量转矩容量反映的是摩擦所能传递转矩的极限能力而不一定是它实际传递转矩的大小。其基本计算公式为（2.1）式中,z离合器摩擦工作面数有效摩擦半径摩擦因数n压紧力本设计选用单从动盘，因此离合器工作面数z=2。由于温度等因素造成接触表面的翘曲使正压力分布不均，摩擦系数在各处也不相等，于是提出了另一种模型。该模型认定压力从到递减，它是1/r的函数，此时认为有效摩擦半径为（2.2）式中，摩擦片外径摩擦片内径将=250mm, =155mm带入式（2.2）中，得=202.5mm因选用金属陶瓷作为摩擦片，金属陶瓷材料摩擦因数范围为 0.701.50，本设计选=1。并且初定膜片弹簧压紧力为8000n。将上述参数值带入公式（2.1），得2.3 理论接合过程滑磨功计算单位面积的滑磨功常作为评价离合器的一项指标。为了避免由于接合过程中因人操作不同和工况选择不同而导致不同的计算结果，对滑磨功的理论计算作三点假设，第一接合是瞬时完成的，即压盘上的压力在瞬时增至最大值，且在滑磨结束前主动部分、从动部分传递转矩始终为。第二从动轴负载转矩，为发动机标定转矩。第三接合前从动轴不转，发动机以空转，为发动机标定转速。在上述假设下，和均呈线性，则有 (2.3)式中，滑磨功离合器储备系数换算到主动盘上的发动机转动惯量换算到从动盘上的机组的转动惯量发动机标定转速初设=4.04 kgm2, =0.64 kgm2将各参数值代入式(2.3)，得滑磨功2.4 离合器磨损寿命计算摩擦离合器从动盘摩擦片的磨损，是影响离合器使用寿命的主要原因，对于一定的摩擦材料，摩擦片的磨损量与滑磨功的大小有关，但同时受摩擦表面的温度和滑磨速度的影响。这是相当复杂的问题。因此，对于汽车离合器磨损寿命里程的计算需要用统计分析的方法解决。（1）汽车一次起步磨耗的体积（2.4）式中，汽车一次起步磨耗的体积 磨损率 w滑磨功汽车离合器的最一般数据18 ，将各参数值带入式（2.4）中得（2）统计出各类汽车在每行驶1km期间起步的次数，即所谓汽车离合器的起步频度，如表2.2所示表2.2 汽车离合器的起步频度次/km汽车类型和使用条件日本中国长距离牵引车，集装箱汽车等0.5一般自卸车，火车，旅游客车等0.90.81市内公交汽车3.045根据实际情况，选取=4次/km（3） 计算每公里磨耗的体积（2.5）将参数值带入式（2.5）得 （4）摩擦片容许的总磨损量v（2.6）式中，v摩擦片容许的总磨损量 a摩擦片面积 所有摩擦片总的最大容许磨损厚度摩擦片面积，将各参数值带入式（2.6）得（5）磨损使用寿命里程s（2.7）式中，摩擦片容许的总磨损量 平均每公里磨耗体积将各参数值带入得经过计算得到汽车离合器磨损寿命里程为1080.6km2.5 离合器从动盘设计2.5.1 从动盘结构现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘,用以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。从动盘主要由从动片，从动盘毂，摩擦片等组成，由下图1可以看出，摩擦片1，13分别用铆钉14，15铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片5用限位销7和减振12铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片5和减振盘12上圆周切线方向开有6个均布的长方形窗孔，在在从动片 和减振盘之间的从动盘毂8法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片6，9。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。带扭转减振器的从动盘如图2.1所示图2.1带扭转减振器的从动盘1，13摩擦片；2，14，15铆钉；3波形弹簧片；4平衡块；5从动片；6，9减振摩擦；7限位销；8从动盘毂；10调整垫片；11减振弹簧；12减振盘2.5.2 从动盘设计要求 设计从动盘时应该注意满足以下几点要求：（1）为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小。（2）为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性。（3）为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减振器。（4）要有足够的抗爆裂强度。2.5.3 从动片的选择和设计 设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档）。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用1.32.0厚的薄钢板冲压而成,为了进一步减小从动片的转动惯量,有时将从动片外缘的盘形部分磨至0.651.0,使其质量更加靠近旋转中心。为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都做成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触。 具有轴向弹性的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片、及组合式弹性从动片。整体式的弹性从动片如图2.2所示，其特点：在离合器结接合时，从动片被压紧，弯曲的波浪形扇形部分逐渐被压平，从动盘摩擦面片所传递的转矩逐渐增大，使接合过程较平顺，柔和。优点在于成产效率高，但是缺点是很难保证每片扇形部分的刚度完全一致。图2.2 整体式弹性从动片1-从动片；2-摩擦片；3-铆钉分开式的弹性从动片如图2.3所示，分开式结构，由于波形弹簧片是由同一模具冲制而成，故其刚度比较一致，并且，这种结构的从动片也较容易得到较小的转动惯量。图2.3 分开式弹性从动片1- 波形弹簧片；2-摩擦片；3-摩擦片铆钉；4-从动片；5-波形弹簧片铆钉组合式弹性从动片如图2.4所示，其优点在于相较于其他两种形式的从动片来说，组合式弹性从动片对制造，装配等要求较低，并且转动惯量和刚度较大，适用于载货汽车。图2.4 组合式弹性从动片1-从动片；2-摩擦片铆钉；3-波形弹簧片铆钉；4-摩擦片；5-波形弹簧片从整体考虑，本设计选用整体式弹性从动片作为从动盘从动片部分设计。离合器从动片采用2厚的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取250，内径由从动盘毂的尺寸决定。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动钢片上沿径向开有几条切口。2.5.4 从动盘毂的设计从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径d与发动机的最大转矩按国标gb114474选取。从动盘的轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，一般取1.0-1.4倍的花键轴直径。从动盘毂一般采用锻钢（如35、45、40cr等），并经调质处理。为提高花键内孔表面硬度和耐磨性，可采用镀铬工艺：对减振弹簧窗口及从动片配合，应进行高频处理。根据摩擦片的外径d=250mm与发动机的最大转矩temax=146nm，由表2.2初选n=10，d=35mm，d=28mm，t=4mm，l=35mm，j=10.2mpa表2.2离合器从动盘毂花键尺寸系列摩擦片外径d/mm发动机的最大转矩temax/nm挤压应力c/mpa齿数n外径d/mm内径d/mm齿厚t/mm有效齿长l/mm160491023183209.81806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0验证：挤压应力的计算公式为（2.8）式中，p花键的齿侧面压力 n齿数 l有效齿长 t齿厚p由下式确定 (2.9)式中，发动机最大转矩 花键外径花键内径z从动盘毂的数目 从动盘毂轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底。由公式校核得：n，经过校核，初选花键尺寸能满足使用要求，故，选择花键尺寸n=10，d=35mm，d=28mm，t=4mm，l=35mm，j=10.2mpa2.6 离合器压盘设计2.6.1 压盘的传力方式的选择压盘是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮一起带动从动盘转动，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用销式的传力方式。为了改善传力销的受力情况，它一般都是沿圆周布置。2.6.2 压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的尺寸在前面已经确定，故压盘的内外径也可因此而确定。压盘外径d=255， 压盘内径d=150， 压盘的厚度确定主要依据以下两点：（1）压盘应有足够的质量在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短（大约在3秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必然导致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。 由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由飞轮和压盘等零件吸收，为了使每次接合时的温升不致过高，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。（2）压盘应具有较大的刚度压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。 鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于15），但一般不小于10。在本设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为15。2.6.3 压盘传动片的材料选择压盘形状一般比较复杂，而且还需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为hb170227，其摩擦表面的光洁度不低与1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中用材料为3号灰铸铁js1，工作表面光洁度取为1.6。2.7 离合器盖设计离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此，在设计中应注意以下几个问题。2.7.1 离合器的刚度离合器分离杠杆支承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，本设计中离合器盖采用厚度约为4的低碳钢板（如45钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。2.7.2 离合器的通风散热为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。2.7.3 离合器的对中问题离合器盖内装有分离杠杆、压盘、压紧弹簧等重要零件，因此它相对与飞轮必须有良好的对中，否则会破坏离合器的平衡，严重影响离合器的工作。离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中.2.8 离合器分离装置设计2.8.1 分离杆的设计 本设计采用的是膜片弹簧的压紧机构，分离杆的作用由膜片弹簧中的分离指来完成。其结构尺寸参数在后续设计中确定。在设计分离杆时应注意以下几个问题：（1）分离杆要有足够的刚度（2）分离杆的铰接处应避免运动上的干涉（3）分离杆内端的高度可以调整2.8.2 离合器分离套筒和分离轴承的设计分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。本设计的是拉式膜片弹簧离合器，采用如图2.5的的自动调心式分离轴承装置，图中在轴承外圈2和分离套筒5外凸缘和外罩壳3之间以及内圈1与分离套筒内凸缘之间都留用径向间隙，这些间隙保证了分离轴承相对于分离套筒可径向移动1mm左右。在外圈2与分离套筒5的端面之间装有以波形弹簧片4，用以将外圈紧紧顶在分离套筒凸缘的端面上，使轴承在不工作时不会发生晃动。当膜片弹簧旋转轴线与轴承不同心时，分离轴承便会自动径向浮动到与其同心的位置，以保证分离轴承能均匀压紧各分离指舌尖部。这样可减小振动和噪声，减小分离指与分离轴承端面的磨损，使轴承不会出现过热而造成润滑脂的流失分解，延长轴承寿命。另外，分离轴承由传动的外圈转动改为内圈转动、外圈固定不转，由内圈来推动分离指结构，适当地增大了膜片弹簧的杠杆比，且由于内圈转动，在离心力作用下，润滑脂在内、外圈间的循环得到改善，提高了轴承使用寿命。这种拉式分离轴承是将膜片弹簧分离指舌尖直接压紧在蝶形弹簧6和挡环7之间，再用弹性锁环8卡紧，结构较简单。图2.5拉式自动调心式分离轴承装置1-轴承内圈；2-轴承外圈；3-外罩壳；4-波形弹簧；5-分离套筒；6-碟形弹簧；7-挡环；8-弹性锁环2.9 膜片弹簧设计2.9.1 膜片弹簧的结构特点本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用拉式结构。 膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，它的形状像一个无