车辆工程毕业设计（论文）-东风EQ1135F19D中型货车膜片弹簧离合器设计【全套图纸】 .doc

摘 要汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。目前，各种汽车广泛采用的摩擦离合器是一种依靠主从动部分之间的摩擦来传递动力且能分离的装置。本设计主要是对中型货车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，首先进行了基本参数的选择，其次对零部件设计：压盘、离合器盖、弹性传动片，分离装置，以及从动盘、从动片和从动盘毂，操纵机构，扭转减震器中的螺旋弹簧的设计。根据各零部件的工作条件，并对其进行了相关校核。确保所设计的离合器能最大限度传递发动机的输出转矩。全套图纸，加153893706关键词：压盘；膜片弹簧；摩擦片；操纵机构；离合器abstractautomobile clutch gearbox is located between the engine and flywheel shell, with screw assembly will be fixed in the clutch after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft. in the car, the driver can be down or release the clutch pedal, so that the temporary separation of the engine and gearbox, and the gradual bonding to cut off or transfer the engine to the transmission input power. at present, widely used in all kinds of cars on friction clutch is a moving part of the friction between the subordinate to transfer power and can separate device. this design is mainly to the medium truckloads of diaphragm type spring clutch on the design. according to the using conditions and vehicle parameters of vehicles, according to clutch system design steps and requirements, the basic parameters of the first choice, second to parts design: pressure plate, clutch cover, elastic transmission piece, separation device, and driven plate, driven plate and platen hub, operation, reverse design of the spiral spring shock absorber. according to various spare parts working conditions, and analyses the relevant respectively. ensure that the design of the clutch can utmost transfer engine torque. keywords: pressure plate; diaphragm spring; friction disc; control agencies;clutchiii目 录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 离合器的研究背景11.2 国内外研究现状31.3 离合器设计的主要内容4第2章 离合器方案设计及功能52.1膜片弹簧离合器结构以及运动方式52.2膜片弹簧离合器性能构造62.3 膜片弹簧离合器工作原理62.4 膜片弹簧离合器的优点62.5 膜片弹簧离合器设计基本要求72.6 本章小结7第3章 膜片弹簧离合器零部件的结构设计93.1 摩擦片基本结构尺寸参数的选择93.2 从动盘总成设计113.2.1 从动片设计113.2.2 从动盘毂设计113.3 压盘设计133.3.1 压盘参数的选择和校核133.3.2 传动片设计153.3.3 离合器盖设计163.4 离合器分离装置的设计173.4.1 分离轴承及分离套筒173.4.2 分离轴承的设计计算173.5 膜片弹簧的设计183.5.1 膜片弹簧结构形状的特点183.5.2 膜片弹簧的变形特性193.5.3 膜片弹簧基本参数的选择193.5.4 膜片弹簧参数的校核213.5.6 膜片弹簧的强度计算223.6 扭转减振器设计253.6.1 扭转减振器的功能253.6.2 扭转减振器的结构类型的选择253.6.3 扭转减振器参数确定263.7 本章小结31第4章 离合器操纵机构设计324.1操纵机构的设计要求324.2 液压式操纵机构的结构原理324.3 操纵系统周边工作环境和时间因素的影响334.4 离合器踏板的设计344.5 操纵系统的传动比计算344.6主缸及工作缸的设计计算354.6.1 主缸的设计364.6.2 分缸的设计364.7 本章小结37结论38参考文献39致谢41附录42 第1章 绪 论1.1 离合器的研究背景自十九世纪末第一辆货车诞生以来，货车工业经历了一百多年的发展过程。由于社会生产力和科学技术日新月异的发展，也推动了货车设计日臻精巧，并且其运输能力和各项性能也得到不断提高。现今货车不管是国民经济，还是人们的日常生活中都是一种不可缺少的交通工具。因此货车工业的发展规模和技术水平往往标志着一个国家的经济水平和科技水平1。货车传动系统的基本功用是将发动机发出的动力传给驱动轮。离合器是货车传动系中直接与发动机相联系的部件。在货车起步前，先要起动发动机，这时应使变速器处于空挡位置，将发动机与驱动轮之间联系断开，以卸除发动机负荷。待发动机已起动并开始正常的转速运转后，方可将变速器挂上一定档位，使货车起步。货车起步时，货车是从完全静止的状态逐步加速的。如果传动系（它联系着整个货车）与发动机刚性地联系，则变速器一挂上档，货车将突然向前冲动一下，但并未能起步。这是因为货车从静止到前冲时，产生很大惯性力。对发动机造成很大的阻力矩。在这惯性阻力矩作用下，发动机在瞬时间转速急剧下降到最低转速（一般为300-500r/min）以下，发动机即熄火而不能工作，当然货车也不能起步。离合器的首要功用是保证货车平稳起步。在传动系中装设了离合器后，在发动机起动后，货车起步之前，驾驶员先踩下离合器踏板，将离合器逐渐接合，在离合器逐渐接合过程中，发动机所受阻力矩也逐渐增加，故应同时逐渐踩下加速踏板，即逐步增加对发动机的燃料供给量，使发动机的转速始终保持在最低稳定转速以上，不致熄火。由于离合器的接合紧密程度增大，发动机经传动系传给驱动车轮的转矩便逐渐增加。到牵引力足以克服起步阻力时，货车即从静止开始运动并逐步加速。离合器的另一项功用是保证传动系换档时工作平稳。在货车行使过程中，为了适应不断变化的行使条件，传动系经常要换用不同档位工作。实现齿轮式变速器的换档，一般是拨动齿轮或其它挂档机构，使原用档位的某一齿轮副退出传动，再使另一档位的齿轮副进入工作。在换档前也必须踩下离合器踏板，中断动力传递，便于使原用档位的齿轮副脱开，同时有可能使新档位齿轮副的啮合部位的速度逐渐相等（同步），这样，进入啮合时的冲击可以大为减轻。 离合器的第三功用是防止传动系过载。当货车进行紧急制动时，若没有离合器，则发动机将因和传动系刚性相连而急剧降低转速，因此其中传动件会产生很大的惯性力矩（数值可能大大超过发动机正常工作时所发出大最大转矩），对传动系造成超过其承载能力的载荷,而是其机件损坏。有了离合器，便可依靠离合器主动部分和从动部分之间可能产生的相对运动以消除这一危险。欲使离合器起到以上几个作用，离合器应该是这样一个传动机构，其主动部分和从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。所以，离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系，而是借二者接触面之间的摩擦作用来传递转矩（摩擦离合器），或是利用液体作为传动的介质（液力耦合器），或是利用磁力传动（电磁离合器）。在摩擦离合器中，为产生摩擦所需的压紧力，可以是弹簧力、液压作用或电磁吸力。如图1.1所示： 图1.1 离合器离合器的具体结构，首先，应在保证发动机最大转矩的前提下，满足四个基本性能要求：（1）离合迅速，平稳无冲击，分离彻底，动作准确可靠。（2）结构简单，重量轻，惯性小，外形尺寸小，工作安全，效率高。（3）接合元件耐磨性高，使用寿命长，散热条件好。（4）操纵方便省力，制造容易，调整维修方便。其次，离合器从动部分的转动惯量要尽可能小。离合器的功用之一是当变速器换档时，中断动力传递，以减轻齿轮冲击。如果与变速器主动轴相连的离合器从动部分的转动惯量大，当换档时，虽然由于分离了离合器，使发动机与变速器之间联系脱开，但离合器从动部分较大的惯性力矩仍然输入给变速器，其效果相当于分离不彻底，就不能很好的起到减轻齿轮间冲击的作用。此外，还要求离合器散热良好。因为在货车行驶过程中，驾驶员操纵离合器的次数是很多的，这就使离合器中由于摩擦面间频繁地相对滑磨而产生大量的热。离合器接合愈柔和，产生热量愈大。这些热量如不及时地散发，对离合器的工作将产生严重影响。1.2 国内外研究现状膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器2。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片弹簧是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降3。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究在改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为802000n.m、最大摩擦片外径达420的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上1。甚至某些总质量达2832t的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压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2。近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型车上又开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低(不超过93)，因此，起步时长时间打滑也不致烧损摩擦片。查阅国内外资料获知，这种离合器的使用寿命可达干式离合器的5-6倍，但湿式离合器优点的发挥是一定要在某温度范围内才能实现的，超过这一温度范围将起负面效应。目前此技术尚不够完善。1.3 离合器设计的主要内容摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面间的压紧力和摩擦系数，以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩，可选用摩擦系数较大的摩擦材料，或适当加强压紧弹簧的压紧力，或加大摩擦面的尺寸。摩擦离合器根据从动盘的数目可分为单盘离合器、双盘离合器和多盘离合器。采用若干个螺旋弹簧作压紧弹簧，并沿摩擦盘圆周分布的离合器称为周布弹簧离合器。仅具有一个或两个较强力的螺旋弹簧，并安置在中央的离合器则称为中央弹簧离合器。还有一种采用膜片弹簧作为压紧弹簧的，称为膜片弹簧离合器。主要设计的内容如下：（1）从动盘总成设计，包括从动片、从动盘毂； （2）压盘设计，包括传动片、压盘； （3）分离装置设计，包括分离套筒、分离轴承； （4）膜片弹簧设计； （5）扭转减振器设计，包括减振片、减振弹簧；（6）离合器操纵机构设计，包括主缸、分缸。第2章 离合器方案设计2.1膜片弹簧离合器结构以及运动方式 膜片弹簧离合器的主要特点是用一个膜片弹簧代替传统的螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧离合器的主要结构为飞轮，离合器盖，分离轴承，夹扣，分离叉，保护罩。 (l)主动部分 离合器凡直接与发动机连接在一起的机件称为主动部分,主要要由飞轮、膜片弹簧和离合器盖组戚。离合器盖由螺栓固定在发动机飞轮上,与发动机一起旋转。因此,离合器盖必须具有良好的旋转平衡性和散热性能。 膜片弹簧是用优质弹簧薄钢板制成碟形的弹簧,开有若干径向的槽,槽的末端有圆孔,形成若干个弹性杆件,它既可以起压紧机构的作用,又可起分离杠杆的作用。这样可使离合器的结构大为简化,缩短了离合器的轴向尺寸。 (2)从动部分 它由钢片总成、摩擦片和扭转减振器组成。钢片的周围用铆钉固装着波浪形曲面的扇形弹簧片,在波浪形弹簧片两侧分别铆着摩擦片,在其摩擦面上开有许多槽,以防止真空吸附作用,也有助于分离彻底。 (3)操纵机构 中型货车的离合器操纵机构均为液压机械传动,它主要由踏板、离合器总泵、挠性软管、分离叉、离合器分泵、分离轴承等组成。离合器总泵由贮液筒、活塞、连接管、防尘套等组成。总泵采用制动液,其液压是由活塞在泵体内的滑动而产生的,离合器分泵主要由泵体、弹簧、活塞、防尘套、推杆、溢流孔塞等组成。离合器接合时，发动机发出的转矩经飞轮和压盘传给了动盘两侧的摩擦片，带动从动盘本体和与从动盘本体铆接在一起的减振器盘转动。动盘本体和减振器盘又通过六个减振器弹簧把转矩传给了从动盘毂。因为有弹性环节的作用，所以传动系受的转动冲击可以在此得到缓和。传动系中的扭转振动会使从动盘毂相对于动盘本体和减振器盘来回转动，夹在它们之间的阻尼片靠摩擦消耗扭转振动的能量，将扭转振动衰减下来。当离合器接合时，主、从摩擦元件总是经历转速不等到转速一致的摩擦过程。在交通繁忙的城市使用条件下，离合器频繁的接合和滑磨，使摩擦片很容易磨损，滑磨产生的热量使压盘和飞轮等零件的温度升高。若摩擦表面温度过高，将加剧摩擦片磨损，降低离合器使用寿命。离合器在起步过程中的滑磨比换档时严重得多，而离合器滑磨的严重程度常用滑磨功来衡量.2.2膜片弹簧离合器性能构造膜片弹簧离合器所用的压紧弹簧是一个用薄弹簧钢板制成的带有一定锥度，中心部分开有许多均布径向槽的圆锥形弹簧片。膜片弹簧是碟形弹簧的一种，它可以看成由碟簧部分和分离指部分所组成。膜片弹簧：用优质弹簧钢板制成，形状为碟形，开有径向切槽，切槽内端连通，外端为圆孔。两个切槽之间钢板形成一个弹性杠杆，即是压紧弹簧又是分离杠杆。压紧装置：压紧装置由压盘、离合器盖、膜片弹簧、支承圈、定位铆钉、分离钩、传动片组成。接合状态：弹簧将压盘、飞轮及从动盘互相压紧，发动机的转矩经飞轮及压盘通过摩擦面的摩擦力矩传至从动盘。分离过程：踩下踏板，套在从动盘毂滑槽中的拨叉，便推动从动盘克服压紧弹簧的压力右移而与飞轮分离，摩擦力消失，从而中断了动力传动。 接合过程：缓慢地抬起离合器踏板，使从动盘在压紧弹簧压力作用下左移与飞轮恢复接触，二者接触面间的压力逐渐增加，相应的摩擦力矩逐渐增加，离合器从完全打滑、部分打滑，直至完全接合。2.3 膜片弹簧离合器工作原理由图2.1可知，离合器盖1与发动机飞轮用螺栓紧固在一起，当膜片弹簧3被预加压紧，离合器处于接合位置时，由于膜片弹簧大端对压盘5的压紧力，使得压盘与从动盘6摩擦片之间产生摩擦力。当离合器盖总成随飞轮转动时(构成离合器主动部分)，就通过摩擦片上的摩擦转矩带动从动盘总成和变速器一起转动以传递发动机动力要分离离合器时，将离合器踏板8踏下，通过操纵机构，使分离轴承总成7前移推动膜片弹簧分离指，使膜片弹簧呈反锥形变形，其大端离开压盘，压盘在传动片的弹力作用下离开摩擦片，使从动盘总成处于分离位置，切断了发动机动力的传递。2.4 膜片弹簧离合器的优点膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点：（1）膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性；（2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑，轴向尺寸小，零件数目少，质量小；（3）高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定；（4）膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀；（5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长；（6）膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好12。（a）接合位置 （b）分离位置1-离合器盖 2-铆钉 3-膜片弹簧 4-支撑环 5-压盘6-摩擦片 7-分离轴承总成 8-离合器踏板 9-输出轴图2.1 膜片弹簧离合器的工作原理图2.5 膜片弹簧离合器设计基本要求膜片弹簧设计的基本要求如下：（1）能可靠地传递发动机的最大转矩；（2）接合过程要平衡、柔和，使汽车起步时没有抖动和冲击；（3）分离时要迅速、彻底；（4）离合器从动部分的转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮轮齿间的冲击并方便换挡；（5）高速旋转时具有可靠的强度，应注意平衡并免受离心力的影响；（6）应使汽车传动系避免共振，具有吸收共振、冲击和减小噪声的能力；（7）操纵轻便，工作性能稳定，使用寿命长22。2.6 本章小结本章主要介绍了膜片弹簧离合器的结构运动方式及其组成和工作原理，通过对膜片弹簧离合器的类型对比，确定本设计的离合器为拉式膜片弹簧离合器。还介绍了膜片弹簧离合器的优点及其设计的基本要求。第3章 膜片弹簧离合器零部件的结构设计3.1 摩擦片基本结构尺寸参数的选择为了可靠地利用离合器中的摩擦传递发动机转矩,离合器静摩擦力矩(实为力偶矩)t应大于发动机转矩t,其数学表达式为: tc= t0max （3.1）式中：-离合器的后备系数,必须大于1。根据摩擦定律, 静摩擦力矩可写为: tc=fzrc （3.2）式中：f-压盘加于摩擦片的工作压力，n; z-摩擦面数目; -摩擦系数,计算时一般取0.25-0.30; rc-摩擦片平均半径，mm。假定摩擦片上的压力均匀分布,则: rc= d3-d33d2-d2 （3.3）式中：d-摩擦片外径，mm;d-摩擦片内径，mm。当d/d0.6时, rc可相当准确地由下式计算: rc= d+d4 （3.4）压盘工作压力f为摩擦面单位压力0与一个摩擦面的面积a之积f=0a=0d2-d24将上式与式3.3代入式3.2可得: tc=temax=z120d3(1-c3) （3.5）式中: c-摩擦片内、外半径之比，d/。当发动机最大转矩temax已知，离合器结构型式和摩擦片材料已定，和f便已定，根据式3.5便可求出后备系数、单位压力和摩擦片尺寸应满足的关系式，例如，选好和0，则摩擦片尺寸即可确定。后备系数是离合器的重要参数，它能反映离合器传递发动机最大转矩的可靠程度在选择时，应从以下考虑出发，摩擦片在使用中磨损后，离合器还能确保传递发动机的最大转矩；要能防止离合器自身滑磨过大；要防止传动系过载。为了可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大, 不可过小；为使离合器尺寸不致过大，防止传动系严重过载，保证操纵轻便，又不可过大。当发动机后备功率较大，当使用条件较好，离合器压紧弹簧压力在使用过程中可以调整或变化不大时，应选小些。使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为提高起步能力，减少离合器滑磨，应选大些为宜通常值，对于中型货车为1.602.25。单位压力0的选择应考虑离合器的工作条件、发动机后备系数的大小、摩擦片外径、摩擦片材料以及质量等因素若离合器使用频繁，发动机后备功率较小，则0应取小些，反之则可取大些当摩擦外径较大时，为降低摩擦片外援的热负荷，0应降低当采用摩擦材料时，0在0.14-0.3mpa(n/mm2)范围内选取。摩擦片尺寸主要外径和内径d可根据已知参数按式35估算摩擦片尺寸应符合尺寸系列标准1457-74。所选的d应使 最大圆周速度不超过65-70m/s。内、外径之比c在0.53-0.7之间。根据设计要求，查资料可知temax=165nm（35000r/min）；pemax=100kw（10000r/min）。查资料选取=0.3，z=2，p0=0.3 mpa，c=0.7，=2由公式3.5d = 312temaxzp01-c3 = 239.50mm取d= 250mm 则d=155mm3.2 从动盘总成设计从动盘总成主要由从动盘毂、摩擦片、从动片、扭转减震器等组成。扇形波状弹簧两两对置铆接与从动钢片上，两侧在铆接摩擦片，铆钉都采用铝制埋头铆钉，摩擦衬面在铆接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度误差小于0.2mm，从动盘本体采用45号钢冲压加工得到，为防止其弯曲变形而引起分离不彻底，一般在从动盘本体上设径向切口。设计从动盘时应该注意满足以下几个方面的要求：（1）为了减少变速器换挡时齿轮间的冲击，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上的压力分布均匀，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，从动盘应装有扭转减震器；（4）要有足够的抗爆裂力17。3.2.1 从动片设计设计从动片时，要尽量减轻其重量，并应该使其质量的分布尽可能的靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。这是因为在汽车行驶中进行换挡时，首先要切断动力分离离合器，而在变速器挂挡的过程中，与变速器第一轴相连的离合器从动盘的转速一定要发生变化，或者是增速，或者是减速。离合器从动盘转速的变化将引起惯性力，惯性使变速器换挡齿轮的轮齿间产生冲击或使变速器中的同步器装置加速磨损。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此为了减小转动惯量以减轻变速器换挡时的冲击，从动片一般都做得比较薄，通常用1.32.0mm厚的钢板冲压而成。从动片的材料与其结构型式有关，本设计选用整体式从动片，整体式即不带波形弹簧片的从动片，用高碳钢(50或85号钢)或65mn钢板，热处理硬度3848hrc，厚度选取为1.8mm。3.2.2 从动盘毂设计从动盘毅的花键孔与变速器第一轴前端的花键轴以齿侧定心矩形花键的动配合相联接，以便从动盘毅能作轴向移动。花键的结构尺寸可根据从动盘外径和发动机转矩按gb1144-74选取(见表3.1)。从动盘毂花键孔键齿的有效长度约为花键外径尺寸的(1.01.4)倍(上限用于工作条件恶劣的离合器)，以保证从动盘毅沿轴向移动时不产生偏斜。从动盘毅通常由40cr、45号钢、35号钢锻造，并经调质处理，表面和心部硬度在2832hrc，本设计选45号钢。表3.1 gb1144-74从 动 盘外 径d/mm发 动 机 转矩/nm花 键齿 数n花 键外 径d/mm花 键内 径d/mm键 齿宽b/mm有 效齿 长l/mm挤 压应 力/mpa16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.238060010403255515.241072010453656013.1由于本次设计从动盘外径为d=250mm由表3.1选取得：花键齿数n=10；花键外径=35mm；花键内径=28mm；键齿宽b=4mm；有效齿长=35mm；挤压应力=10.4mpa。花键尺寸选定后应进行强度校核。由于花键损坏的主要形式是由于表面受挤压过大而破坏，所以花键要进行挤压应力计算，挤压应力的计算公式： （mpa） （3.6）式中：p花键的齿侧面压力，n。它由下式确定： （3.7）式中：，分别为花键外径及内径，mm；从动盘毂的数目；发动机最大转矩，nm；花键齿数；花键齿工作高度，m；h=(-)/2；花键有效长度，m。代入公式（3.7）得： 代入公式（3.6）得：经校核所选尺寸符合强度要求。3.3 压盘设计对压盘结构设计的要求：（1） 压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其产生裂纹和破碎，有时可设置各种形状的散热筋或鼓风筋，以帮助散热通风。中间压盘可铸出通风槽，也可采用传热系数较大的铝合金压盘。（2）压盘应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均匀并减小受热后的翘曲变形，以免影响摩擦片的均匀压紧及与离合器的彻底分离，厚度约为1525mm。（3）与飞轮应保持良好的对中，并要进行静平衡，压盘单件的平衡精度应不低于1520gcm。（4）压盘高度（从承压点到摩擦面得距离）公差要小18。3.3.1 压盘参数的选择和校核 压盘的材料选用ht20-40铸造制成。它要有一定的质量和刚度，以保证足够的热容量和防止温度升高而产生的弯曲变形。压盘应与飞轮保持良好的对中，并进行静平衡。压盘的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。压盘壳用m812mm螺栓将其一端固定在飞轮端面上，另一端固定在压盘端面上。压盘的外径可根据摩擦片的外径由结构确定。为了使每次接合的温升不致过高，压盘应具有足够大的质量以吸收热量；为了保证在受热情况下不致翘曲变形，压盘应具有足够大的刚度且一般都较厚(载货汽车的离合器压盘，其厚度一般不小于15mm)。本设计初选压盘厚为24mm。压盘的外径略大于摩擦片外径d，取压盘外径为272mm，内径略小于摩擦片内径d，取压盘内径为150mm。此外，压盘的结构设计还应注意其通风冷却要好，例如在压盘体内铸出导风槽。压盘的厚度初步确定后，应校核离合器一次接合的温升不应超过810温升的校核按式为： （3.8）式中：温升，；传到压盘的热量所占的比率。对单片离合器，=0.5；压盘的质量，kg。 （3.9）式中：铸铁密度为。代入公式（3-8）： = 7.57kg式中：压盘的比热容，铸铁的比热容为=544.28j/(kgk)；滑磨功，j。l = 0.5jaw0 （3.10）式中：离合器开始滑磨时发动机角速度；=334.9rad/s； 汽车整车质量转化为相当的转动惯量。 (3.11)式中：汽车总质量，kg； =1760kg车轮滚动半径，cm；=30cm主减速器传动比； =4.56变速器传动比。 =4.87代入公式（3.11）得：0.32代入公式（3.10）得： 选择压盘厚度为=24mm，外径=272mm，内径=150mm。代入公式（3.8）进行校核计算， =1.788 符合要求，压盘厚度选择的合理。3.3.2 传动片设计传动片在膜片弹簧离合器中要承担传递发动机的转矩，还有依靠传动片的弹性作用使压盘分离。利用传动片来分离压盘，在离合器结构设计上要简单些，但传动片受力状况要复杂得多，传动片的负荷也更严重，故必须仔细地对它进行强度校核。压盘通过传动片和离合器盖相连而被驱动。根据对传力片的功能要求，决定了它一端用铆钉固定在压盘上，另一端用螺钉与离合器盖相连，它们沿圆周切向布置，本设计布置3组，而每组由4个弹性薄片组成。这里取长为65mm，宽为20mm，片厚为1mm保证其既有足够的轴向弹性使压盘容易分离，又有足够的强度不至于因弯曲拉压而断裂。在布置传动片是要注意，通常情况下（即发动机正向输出转矩）传动片应该受拉力，但是当由车轮驱动发动机时，传动片将受压，此时要当心它受压时的压杆稳定性问题。传动片与压盘、离合器连接时的安装高度，这样设计：在离合器彻底分离时，压盘由传动片拉离至极端位置，此时，传动片应处于或接近于非弯曲状态（平直状态，相当于弯曲应力为零）。按照这一设计思路，当离合器在结合状态并传递转矩时，传动片将在弯、拉联合作用下工作20。传动片有效长度为，则 （为螺钉孔直径） （3.12）= 65-1.520=35mm每组传动片总刚度 kn = 12ejxn/l13 （3.13）全部 组传动片合成的总刚度为 k = kn = 12ejxni/l13 （3.14）式中：e为传动片的弹性模量，为代入公式（3.14）得：k=1221051/122043/3531/1000=0.112mn/m压盘与飞轮通过弹性传动片连接时，则传动片应进行拉伸应力的强度校核；若通过凸块一窗孔、传力销或键连接时，则应进行挤压应力的强度校核： (3.15)式中：考虑发动机转矩分配到压盘上的比例系数，单片离合器取；力的作用半径，1.2m；工作元件(例凸块一窗孔、传动销、键)的数目，这里取3组每组4片；接触面积，mm2，这里取长为65mm，宽为20mm，所以f=1300 mm2 。计算得=15.22符合标准。3.3.3 离合器盖设计离合器盖的膜片弹簧支撑处须具有较大的刚度和较高的尺寸精度，压盘高度（丛承压点到摩擦面的距离）公差要小，支撑环和支撑铆钉的安装尺寸精度要高，耐磨性好，膜片弹簧的支撑形式采用铆钉作支承时，如果分离轴承与曲轴中心线不同心，可引起铆钉的过度磨损。提高铆钉硬度的套筒和支承与曲轴中心线不同心，亦可引起铆钉的过度。提高铆钉硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的结构措施，一般采用厚2. 55mm的低碳钢钢板冲压制造。离合器盖的形状和尺寸由离合器的结构设计确定。在设计时要特别注意的是刚度、对中、通风散热等问题。离合器盖的刚度不够，会产生较大变形，这不仅会影响操纵系统的传动效率，还可能导致分离不彻底、引起摩擦片早期磨损，甚至使变速器换档困难。离合器盖内装有压盘、分离杠杆、压紧弹簧等，因此，其对于飞轮轴线的对中十分重要。对中方式可采用定位销或定位螺栓以及止口对中。为了加强通风散热和清除摩擦片的磨损粉末，在保证刚度的前提下，可在离合器盖上设置循环气流的入口和出口，甚至将盖设计成带有鼓风叶片的结构。本设计离合器盖要求离合器盖内径大于离合器摩擦片外径，能将其他离合器上的部件包括其中即可，选厚度为5mm的低碳钢。3.4 离合器分离装置的设计3.4.1 分离轴承及分离套筒分离轴承在工作中主要承受轴向力。在分离离合器时，由于分离轴承的旋转，在离心力的作用下，它同时还承受径向力。所以在离合器中采用的分离轴承主要有两类：径向推力轴承和推力轴承。径向推力类适用于高速、低轴向负荷的情况；推力类则使用低速、高轴向负荷的情况。除此之外。在某些轻型汽车上还采用由浸油的碳和石墨混合压制而成的滑动推轴承。在以往的设计中，分离轴承的内圈通常压配在铸造的分离套筒上，而分离套筒则装在变速器第一轴轴承盖套管外轴颈上，可以自由移动，分离离合器时轴承内座圈不动，外座圈旋转。在离合器处于接合状态时，分离轴承的端面与分离杆的内端之间应留有间隙=34mm，以备在摩擦片磨损的情况下，分离杆内端后退而不致妨碍压盘继续压紧摩擦片，以保证可靠地传递发动机转矩。由于现今大多数发动机转速超过了6000r/min，离心力造成的径向力很大，因此，汽车离合器分离轴承广泛采用了角接触式的径向推力球轴承，并把它做成完全密封，充满耐高温的锂基润滑脂的轴承，而且把传统的由轴承外圈转动变成为由轴承内圈转动，这些结构措施使轴承的使用寿命更加长并免维护。3.4.2 分离轴承的设计计算分离轴承选取推力球轴承，经机械设计手册查得如下尺寸d=85, d=45, t=28, b=12,额定动载荷=75.8kn，额定静载荷=150kn。1、 轴承寿命的计算 l = 10660ncp3 （3.16）式中：p当量动载荷：p = pfa； 载荷系数：=1.21.8 选取=1.8。 p = 1110.1mpa额定寿命 l=8.14h 2、 分离轴承在离合器彻底分离时的载荷 =1916.7n75.8kn3、 分离轴承静强度计算 （3.17）式中：为静载荷安全系数，选取=4代入公式（3-17）得： =4440.4n = 150kn故所选分离轴承符合设计要求。 3.5 膜片弹簧的设计膜片弹簧的大端处为一完整的截锥，类似无底的碟子，和一般机械上用的碟形弹簧一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。与碟形弹簧不同的是在膜片弹簧上还有径向开槽部分，形成许多称为分离指、起分离杠杆作用的弹性杠杆。分离指与碟簧部分小端交接处的径向槽较宽且呈长方孔，分离指根部的过渡圆角半径应大于4.5mm，以减少分离指根部的应力集中，长方孔又可用来安置销钉固定膜片弹簧。3.5.1 膜片弹簧结构形状的特点膜片弹簧是由弹簧钢板冲制而成的。膜片弹簧在结构形状上分成两部分，第一部分在膜片弹簧大端处，为一完整的截锥体，它的形状像一个无底的碟子，是膜片弹簧实际起弹性作用的部分，它和一般机械上所有的碟形弹簧完全类似，故把它称为膜片弹簧的碟簧部分。碟形弹簧的工作原理为：沿碟簧的轴线方向加载，碟簧受到轴向载荷逐渐变平，卸载后又恢复原形。这就是碟形弹簧的弹性作用所反映出来的弹性表现现象。3.5.2 膜片弹簧的变形特性膜片弹簧的弹性特性是由其碟簧部分所决定，是非线性的，与自由状态下碟簧部分的内锥高h及弹簧的钢板厚h有关。不同的h/h值有不同的弹性特性(见图3.1)。当(h/h)时，p为增函数，这种弹簧的刚度大适于承受大载荷并用作缓冲装置中的行程限制。当(h/h)=，特性曲线上有一拐点，若(h/h)=1.5，则特性曲线中段平直，即变形增加但载荷p几乎不变，故这种弹簧称零刚度弹簧。当h/h)2，则特性曲线中有一段负刚度区域，即变形增加而载荷反而减小。这种特性很适于作为离合器的压紧弹簧。因为可利用其负刚度区使分离离合器时载荷下降，达到操纵省力的目的。当然，负刚度也不宜过大，以免弹簧工作位置略微变动就引起弹簧压紧力过大的变化。为兼顾操纵轻便及压紧力变化不大，汽车离合器膜片弹簧通常取1.5(h/h)2，则特性曲线具有更大的负刚度区且具有载荷为负值的区域。这种弹簧适于汽车液力传动中的锁止机构20。 图3.1 不同时的无弹性特性曲线3.5.3 膜片弹簧基本参数的选择1、比值(h/h)的选择和h、h的确定h为膜片弹簧内截锥高，h为膜片弹簧钢板厚度，比值(h/h)对膜片弹簧的弹性特性影响极大，因此，要利用h/ h对弹簧特性的影响正确地选择该比值，以得到理想的特性曲线及获得最佳的使用性能。一般汽车的膜片弹簧离合器多取： 钢板厚度h为24之间。选取h=3mm，h/h比值为1.5则膜片弹簧原始内截锥高h=4.5。r/r和r、r的选择r为膜片弹簧大端半径。r为膜片弹簧分离指半径。膜片弹簧的大端半径r应根据结构要求和摩擦片的尺寸来确定。大于摩擦片内径，近于摩擦片外径。比值r/r的