膜片弹簧离合器设计说明书

1、武汉理工大学华夏学院2012届车辆工程专业课程设计说明书摘 要了解轿车离合器的构造，掌握轿车离合器的工作原理。了解从动盘总成的结构，掌握从动盘总成的设计方法，了解压盘和膜片弹簧的结构，掌握压盘和膜片弹簧的设计方法，通过对以上几方面的了解，从而熟悉轿车离合器的工作原理。学会如何查找文献资料、相关书籍，培养学生动手设计项目、自学的能力，掌握单独设计课题和项目的方法，设计出满足整车要求并符合相关标准、具有良好的制造工艺性且结构简单、便于维护的轿车离合器，为以后从事汽车方面的工作或工作中设计其它项目奠定良好的基础。通过这次课程设计，使学生充分地认识到设计一个工程项目所需经历的步骤，以及身为一个工程技术

2、人员所需具备的素质和所应当完成的工作，为即将进入社会提供了一个良好的学习机会，对于由学生向工程技术人员转变有着重大的实际意义。本次设计主要是对上海通用君威3.0豪华版的离合器设计，主要采用单片膜片弹簧离合器，主要对离合器的膜片弹簧，从动盘，离合器外壳，压盘等离合器零件来进行设计关键词: 离合器 , 膜片弹簧 , 从动盘 , 压盘 , 摩擦片1、绪言对各种离合器结构分析离合器主要有以下几种：1) 周置弹簧离合器周置弹簧离合器采用圆柱螺旋弹簧，这种压紧方式结构简单，制造方便，但是当高转速时，周置弹簧离合器，收理性了较大，容易产生较大的弯曲，从而是压紧力降低，所以不适合高速发动机。2) 中央弹簧离合

3、器中央弹簧离合器的压紧弹簧于从动盘轴线相同，采用较小刚度的弹簧就可以获得较大的压紧力，有利于减轻踏板力，弹簧不与压盘接触，弹簧不受退火影响，主要用在重型汽车上。3) 膜片弹簧离合器膜片弹簧离合器能使得离合器结构大大简化，质量小，通风好，同时起到压紧弹簧和分离杠杆的作用，摩擦片磨损时，弹簧的力变化不大，工作稳定。4) 双片离合器双片离合器有两个从动盘，鱼单片相比，摩擦面积增多，因而传递转矩的能力较大，但是中间压盘通风散热不良，外形尺寸大。5) 斜置弹簧离合器斜置弹簧离合器是指弹簧轴线与离合器轴线成一个夹角，其工作稳定，踏板力较小。图1-1 离合器的工作原理图其离合器的基本功用：离合器通常装在发动

4、机与变速器之间，其主动部分与发动机飞轮相连，从动部分与变速器相连。为各类型汽车所广泛采用的摩擦离合器，实际上是一种依靠其主、从动部分间的摩擦来传递动力且能分离的机构。离合器的主要功用是切断和实现发动机与传动系平顺的接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换档齿轮间的冲击；在工作中受到较大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，以防止传动系个零部件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪音。2、模片弹簧离合器概述膜片弹簧离合器总成由膜片弹簧、离合器盖、压盘、传动片和分离轴承总成等部分组成。 图2-1 膜片弹簧离合器结构1) 离合器盖离合器盖一般为120°或

5、90°旋转对称的板壳冲压结构，通过螺栓与飞轮联结在一起。离合器盖是离合器中结构形状比较复杂的承载构件，压紧弹簧的压紧力最终都要由它来承受。2) 膜片弹簧膜片弹簧是离合器中重要的压紧元件，在其内孔圆周表面上开有许多均布的长径向槽，在槽的根部制成较大的长圆形或矩形窗孔，可以穿过支承铆钉，这部分称之为分离指；从窗孔底部至弹簧外圆周的部分形状像一个无底宽边碟子，其截面为截圆锥形，称之为碟簧部分。3) 压盘压盘的结构一般是环形盘状铸件，离合器通过压盘与发动机紧密相连。压盘靠近外圆周处有断续的环状支承凸台，最外缘均布有三个或四个传力凸耳。4) 传力片离合器接合时，飞轮驱动离合器盖带动压盘一起转动

6、，并通过压盘与从动盘摩擦片之间的摩擦力使从动盘转动；在离合器分离时，压盘相对于离合器盖作自由轴向移动，使从动盘松开。这些动作均由传动片完成。传动片的两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，一般采用周向布置。在离合器接合时，离合器盖通过它来驱动压盘共同旋转；在离合器分离时，可利用它的弹性恢复力来牵动压盘轴向分离并使操纵力减小。5) 分离轴承总成分离轴承总成由分离轴承、分离套筒等组成。分离轴承在工作时主要承受轴向分离力，同时还承受在高速旋转时离心力作用下的径向力。目前国产的汽车中多使用角接触推力球轴承，采用全密封结构和高温铿基润滑脂，其端面形状与分离指舌尖部形状相配合，舌尖部为平面时采用球形端面

7、，舌尖部为弧形面时采用平端面或凹弧形端面。3、离合器结构方案选取设计参数如下：车型：上海通用君威GL3.0豪华版整车质量（kg）：1579最大扭矩/转速（N·m/rpm）：256/44003、1离合器的结构设计时必须综合考虑因素离合器的结构设计中必须考虑的因素有以下五点：（1） 保证离合器结合平顺和分离彻底（2） 离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承（3） 离合器的轴向定位和轴承润滑（4） 运动零件的限位（5） 离合器的调整3、2结构设计3、2、1从动盘数选取对于乘用车和最大总质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置容许条件下，离合器通常只设有一个从动盘，同

8、时单片离合器结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动质量小，在使用时能保证分离彻底由于所设计离合器为小轿车，整车质量又比较小，传动转矩不是很大，转速又比较高，故采用单片离合器。从从动盘数的的选取：单片离合器图3-1 膜片弹簧布置模式3、2、2压紧弹簧的结构形式及布置压紧弹簧结构形式和布置：采用膜片拉式弹簧离合器因为膜片弹簧离合器于其他形式的离合器相比，具有以下六点优点：（1） 具有理想的非线性弹性特性（2） 兼起到压紧弹簧和分离杠杆的作用（3） 高速旋转时，弹簧的压紧力降低很少，性能比较稳定（4） 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） 通风散

9、热良好，使用寿命长（6） 膜片弹簧中心，与离合器中心重合，平衡性好 又因为为小轿车，所以舒适性比较重要，采用拉式的膜片弹簧离合器，踏板力比推式的减少25%30%，同时在支承环磨损后不会形成间隙而增大踏板自由行程，不会产生冲击和噪声，使用寿命长。3、2、3压盘的驱动方式图 3-2 压盘驱动方式因为凸块-窗口式、传力销式、键块式的驱动方式在连接件之间都有间隙，当转速过大时，在传动中将产生冲击和噪声，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率，所要求设计任务的车型的发动机转速为4400rpm，转速比较大，所以采用弹性传动片的压盘驱动方式。3、2、4分离轴承的类型分离轴承采用有径向止推轴

10、承，因为有径向止推轴承使用于高转速、低轴向负荷的情况下，设计任务中所需要设计的离合器符合这情况，采用有径向止推轴承。3、2、5离合器的通风散热措施在压盘上设置散热筋，在离合器盖上开较大的通风窗，在离合器外壳上换装导流罩。4、离合器基本结构参数的确定4、1摩擦片外径及其它尺寸的确定 摩擦片外径是离合器基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和寿命，它和离合器所需传递转矩大小有一定关系。 D=式中为发动机最大转矩，取，D为摩擦片外径，A为不同结构和使用条件对D的影响系数，对于小轿车 取A=47。表4-1 离合器摩擦片尺寸系列和参数表1外径D/mm16018020022525028030032535038

11、0405430内径d/mm110125140150155165175190195205220230厚度b/mm3.23.53.53.53.53.53.53.54444c=d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.5400.5430.5351- c30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.8270.8430.8400.847单位面积1061321602213024024665466787299081037通过结合离合器粗算尺寸和标准尺寸表对比，查得应选用。4、2离合器后备系数的确定后备系数保证了

12、离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。由于所设计的离合器为膜片弹簧离合器，在使用过程中其摩擦片的磨损工作压力几乎不会变小（开始时还有些增加），再加上小轿车的后备功率比较大，使用条件较好，宜取较小值，故初取=1.2。=4、3单位压力P的确定摩擦面上的单位压力P的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关。 离合器使用频繁,工作条件比较恶劣单位压力P较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力P。因为在其它条件不变

13、的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力P应随摩擦片外径的增加而降低。选取时应考虑离合器的工作条件、发动机后备功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。摩擦因数f的确定：因为为轿车，根据其工作温度、单位压力和滑磨速度等因素，采用粉末冶金材料的铜基摩擦片，查汽车设计课本表2-4摩擦材料的摩擦因素f的取值范围，可得粉末冶金材料的铜基摩擦片的摩擦因素取值范围为0.250.35，故取f=0.3摩擦面数Z的确定：因为前面结构设计为单片离合器，所以摩擦面数Z=2。=0.098M

14、Pa4、4离合器基本参数的校核3、4、1最大圆周速度式中， 为摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速取5200，D为摩擦片外径径取300mm。3、4、2单，=当摩擦片外径D ，=0.0035 N·/>0.0032 N·/5、离合器从动盘设计5、1从动盘结构简要介绍从动盘由摩擦片、从动钢片、扭转减震器和花键榖、波形弹簧钢片、摩擦衬片等组成。5、2从动盘设计5、2、1从动片的选择和设计从动片有整体式弹性从动片、分开式弹性从动片、组合式弹性从动片三种，因为组合式弹性从动片主要运用于货车的中，所以不考虑，本次设计采用整体式弹性从动片。图5-1 整体式从动片5、2、2从

15、动盘毂的设计（根据从动盘外径和发动机扭矩来选取从动盘花键毂花键的有关尺寸/花键挤压应力校核）从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受由发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对中的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的迟钝可根据摩擦片的外径D与发动机的最大转矩表5-1 从动盘毂花键尺寸从动盘外径发动机转矩花键齿数花键外径花键内径齿厚有效齿长挤压应力3002561040325408.89由于花键主要损坏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花键侧面压力P公式如下式中为花键内外径，Z为从动盘毂的数目，为发动机的最大扭矩，挤压应力公式如下： 式中n为花键齿数，h为花键齿工作高

16、度，l为有效齿长，从动盘毂由中碳钢锻造而成，并经过调质处理，许用挤压应力为20MPa，所以符合强度要求。5、2、3摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式摩擦片需要满足以下几点：（1） 在工作时有相对较高的摩擦系数（2） 在整个工作寿命期内应维持其摩擦特性，不希望出现摩擦衰退的现象（3） 在短时间内能吸收相对较高的能量，具有好的耐磨性能（4） 能承受较高的压盘载荷作用，在离合器接合过程中表现出良好的性能（5） 能抵抗高的转速下大的离心力载荷而不破坏（6） 在传递发动机转矩时，有足够的剪切强度（7） 具有小的转动惯量，材料加工性能良好（8） 在整个正常工作温度范围内，和对偶材料压盘、飞轮（都是铸铁件

17、）等有良好的兼容摩擦性能（9） 摩擦副对偶面有高度的容污性能，不易影响它们的摩擦作用（10） 具有优良的性能/价格比，不会污染环境离合器摩擦片所采用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金属陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因数较高、密度较小、制造容易、价格低廉等优点。但它性能不够稳定，摩擦因数受工作温度、单位压力、滑膜速度的影响大，故目前主要应用于中、轻载荷下工作。由于石棉在生产和使用过程中对环境有污染，对人体有害，故以玻璃纤维、金属纤维等来替代石棉纤维。粉末冶金和金属陶瓷摩擦材料具有传热性好、热稳定性与耐磨性好、摩擦因数较高且稳定、能承受的单位压力较高以及寿命较长等优点，但是价格

18、较贵，密度较大，接合平顺性较差，主要应用于载质量较大的商用车上。摩擦片和从动盘的连接方式主要有铆接和粘接两种。铆接方式连接可靠，跟换摩擦片方便，适宜在从动盘上安装波形片，但其摩擦面积利用率小，使用寿命短。粘接方式可以增大实际摩擦面积，摩擦片厚度利用率高，具有较高抗离心力和切向力的能力，但更换摩擦片困难，且使从动盘难以安装波形片，无轴向弹性，可靠性低。本设计主要采用粉末冶金材料的铜基摩擦片，铆接固定方式，能满足以上所有需求。6、压盘的设计6、1压盘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，压盘应在离合器分离时能自由地轴向运动，使压盘和从动盘脱离接触。，

19、其他驱动方式都有间隙，容易产生噪声，所要求设计任务的车型的发动机转速为4400rpm，转速比较大，所以采用弹性传动片的压盘驱动方式。6、2压盘的几何尺寸的确定压盘应具有足够大的刚度和合理的结构形状，以保证在受热时不发生翘曲。所以压盘通常做的比较厚，一般不小于10mm，本次设计采用12mm6、3压盘和传动片的材料选择由于压盘需要较好的耐磨性能、散热性能和比较理想的摩擦性能，所以通常使用灰铸铁，本次设计也采用灰铸铁进行制造压盘。由于弹性传动片的压盘驱动方式反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故材料要求比较高，一般采用高碳钢，本次设计也采用高碳钢进行制造。6、4离合器盖的设计离合器盖设计的要点：

20、1) 应具有足够的刚度，否则影响离合器的工作特性，增大操纵时的分离行程，减小压盘升程，严重时使摩擦面不能彻底分离。2) 应与飞轮保持良好的对中，以免影响总成的平衡和正常的工作。3) 盖的膜片弹簧支承处应具有高的尺寸精度。4) 为了便于通风散热，防止摩擦表面温度过高，可在离合器盖上开较大的通风窗孔，或在盖上加设通风扇片等。乘用车离合器盖一般用08、10钢等低碳钢板。本次设计初选08钢板厚度为3mm7、离合器分离装置的设计7、1分离杆的设计图7-1 几种分离轴承分离杆设计需要满足下列几点1) 分离杆应具有足够的刚度2) 分离杆的铰接处应该避免运动上的干涉3) 分离杆的高度内端可以调整4) 分离杆的

21、铰接处应该用滚针轴承或则刀口支承综上所述，本次设计中分离杆采用中碳钢锻造。表面氰化处理，提高耐磨性能。7、2离合器分离套筒和分离轴承的设计本次设计为膜片弹簧离合器，所以为了保证分离离合器时分离轴承能够均匀地压紧膜片弹簧内端，采用自动调心的分离轴承。同时为高速、低负荷的工作状态，所以采用径向推力累轴承。分离套筒采用尼龙和玻璃纤维纤维模压成型，为了减轻摩擦磨损，在制作过程中加入1%二硫化钼，从而起到自润滑的作用8、离合器膜片弹簧的设计8、1膜片弹簧的结构特点图7 膜片弹簧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。8、2膜片弹簧的变形特性和加载方式膜片弹簧的加载方式：膜片

22、弹簧的加载方式主要有两种，一种为拉式，一种为推式，本次设计主要是采用拉式设计。膜片弹簧的变形特性：如图图8膜片弹簧变形特性图H/h比值是指碟簧的原始内截锥高度H及弹簧片厚度h之比。设计膜片弹簧时，要利用其非线性的弹性变形规律，因此要正确选择其弹性特性曲线的形状，以获得最佳的使用性能。膜片弹簧的弹性特性和H/h比值有关，不同的H/h比值可以得到不同的弹性特性曲线。如图4.1所示，载荷F与变形之间的关系：当 时，载荷F增加，变形不断增加；当 时，弹簧的特性曲线在中间有一段很平直，变形增加时，载荷几乎维持不变；当 时，弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域，即当变形增加，载荷反而减小。具有这种特性的膜片弹

23、簧很适用于作为离合器的压紧弹簧。当 时，具有更大的负刚度区域；当 时，具有载荷为负值的区域。8、3膜片弹簧的参数尺寸确定1) H/h比值的选择一般汽车离合器膜片弹簧的H/h值在1.52范围内选取，故本设计取H/h为1.8。2) R 及R/r 的确定 通过分析表明，R/r越小，应力越高，弹簧越硬，弹性曲线受直径误差影响越大。汽车离合器膜片弹簧根据结构布置和压紧力的要求，R/r常在1.21.3的范围内取值，本次设计R/r取1.25，摩擦片的平均半径mm，取则3) 膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始底角在10°14°之间。本次设计取12°,4) 膜片弹簧小端半径及

24、分离轴承作用半径膜片弹簧小端半径值应大于变速器第一轴花键的外径=15mm，=18mm5) 分离指的数目n和切槽宽、窗口槽宽及半径汽车离合器膜片弹簧的分离指数目，一般在18左右，采用偶数，便于模具分度，切槽约为4mm，窗口槽宽，一般由本次设计取n=18, =4mm，=1018mm,取为15mm，为81mm6) 支承圈平均半径l和膜片弹簧与压盘的接触半径Ll应略大于且尽量接近r，L应略小于R且尽量接近R。本设计取L=118mm，l=98mm7) 膜片弹簧的材料膜片弹簧的材料采用60Si2MnA，需用应力为8、4膜片弹簧的特性曲线根据工作压力和膜片弹簧在压盘接触点处的轴向变形关系式设， 则已知，把数值代入得由不同的 计算出的 及和 ，结果列表如下：表8-1 载荷F与变形之间的关系0.10.20.40.60.81.0261.21.41.61.8962.00.08750.16160.27300.34210.37650.38340.37230.34910.32220.29190.28800.280.561.121.682.242.873.363.924.485.315.601