膜片弹簧离合器

1、洛阳理工学院毕业设计（论文） 1  前 言  随着科技的飞速发展，特别是液压技术、电子技术在汽车领域的广泛应用，汽车传动系发生了巨大的变化。作为传动系重要组成部件之一的离合器总成，担负着传力、减震和防止系统过载等重要作用。伴随着自动变速器技术及与之相配套的离合器技术的完善，离合器产品不论是性能结构方面还是生产制造方面都发生了很大变化。 随着汽车运输业的发展，离合器还要在原有的基础上不断地提高改进，以适应新的使用条件。从国外的发展动向来看，近年来汽车的各项性能指标有了新的提高，载货汽车趋于大型化，国内也有类似情况。此外随着汽车

2、发动机转速、功率的不断提高和汽车电子技术的高速发展，人们对离合器的要求越来越高。从提高离合器工作性能的角度出发，传统的推式膜片弹簧离合器结构正逐步地向拉式结构发展，传统的操纵形式正向自动操纵的形式发展。因此，提高离合器的可靠性和延长其使用寿命，适应发动机的高转速，增加离合器传递转矩的能力和简化操纵，已成为离合器的发展趋势。 汽车传动系的设计对汽车的动力学和燃油经济性有重大影响，而离合器又是汽车传动系中的重要部件。在离合器设计中，合理地选择离合器的结构形式和设计参数不仅保证了其在任何情况下都能可靠地传递发动机转矩，还使其有足够的使用寿命。洛阳理工学院毕业设计（论文） 2

3、60; 第1章 汽车离合器整体描述   1.1 离合器的概述 离合器位于发动机和变速器之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，它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离合器或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离或逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力  1.1.1 离合器的基本组成 一般由主动部分（飞轮、离合器盖、压盘）、从动部分（从动盘）、压紧机构（压紧弹簧）、分离机构（分离拉杆、分离叉、分离套筒、分离轴承、分离杠杆等）和操纵机

4、构（离合器踏板）五大部分组成。   1.1.2 离合器的功用及分类 离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的总成，其主要功用是切断和实现对传动系的动力传递，以保证汽车起步时将发动机与传动系平顺地接合，确保汽车平稳起步；在换挡时将发动机与传动系分离，减少变速器中换挡齿轮之间的冲击；在工作中受到大的动载荷时，能限制传动系所承受的最大转矩，防止传动系各零件因过载而损坏；有效地降低传动系中的振动和噪声。汽车离合器有摩擦式离合器、液力偶合器、电磁离合器等几种。目前在汽车上广泛采用的是用弹簧压紧的摩擦离合器(简称为摩擦离合器)。摩擦式离合器又分为湿式和干式

5、两种。干式摩擦式离合器，按其从动盘的数目，又分为单盘式、双盘式和多盘式等几种。湿式摩擦式离合器一般为多盘式的，浸在油中以便于散热      1.1.3 离合器的设计的基本要求 为了保证离合器具有良好的工作性能，对汽车离合器设计提出如下基本要求： (1)在任何行驶条件下均能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的洛阳理工学院毕业设计（论文） 3 转矩储备。 (2)接合时要平顺柔和，以保证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

6、分转动惯量要小，以减轻换挡时变速器齿轮间的冲击，便于换挡和减小同步器的磨损。 (5)应有足够的吸热能力和良好的通风散热效果，以保证工作温度不致过高，延长其使用寿命。 (6)应使传动系避免扭转共振，并具有吸收振动、缓和冲击和减小噪声的能力。 (7)操纵轻便、准确，以减轻驾驶员的疲劳。 (8)作用在从动盘上的压力和摩擦材料的摩擦因数在使用过程中变化要尽可能小，以保 (9)应有足够的强度和良好的动平衡，以保证其工作可靠、寿命长。 (10)结构应简单、紧凑、质量小，制造工艺性好，拆装、维修、调整方便等。洛阳理工学院毕业设计（论文） 

7、7 作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性能好，使用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片，故对材料要求较高，一般采用高碳钢。 使用弹性传动片的方式不仅消除了前三种的缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中，固选用弹性传动片式驱动压盘。  2.5 离合器的通风散热 试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过200180°C时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在180&

8、#176;C以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到Co1000。过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂，为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。膜片弹簧式离合器本身构造能良好实现通风散热效果，故不需作另外设置。  2.6 设计方案的确定  2.6.1 离合器结构图 鉴于以上结构方案的分析比较，再结合离合

9、器的实用性、可靠性、工艺性及经济性分析，本课题36.7kW轮式拖拉机离合器设计，方案最终确立为干式单片摩擦离合器。  主副离合均采用单摩擦片。主离合器压盘采用6组圆柱形组簧压紧，采取圆周型的布局方式；副离合器压盘采用膜片式弹簧（膜片弹簧）压紧。主、副离合器由同一个操纵系统控制，即靠离合器脚踏板的行程来控制主、副离合器的开合。主、副传动轴同轴安装，其中主传动轴为空心轴，副传动轴为实心轴。二者均采用渐开线花键与摩擦片盘毂配合。 洛阳理工学院毕业设计（论文） 8  2.6.2 离合器工作原理和构造示意图 发动机工作时，飞

10、轮和压盘通过它们与摩擦片之间的摩擦带动从动盘毂一起旋转，再由花键连接将扭矩传递给主、副传动轴。当驾车者踩下离合器踏板，操纵部分的分离叉将分离轴承推向前，推动分离杠杆克服压紧簧反力，拉动主离合器压盘向后移动，解除了主离合器压盘与摩擦片之间的压紧力，此时主离合器分离，发动机只能带动主动部分及副离合器旋转，无法将扭矩传递给主传动轴。当驾驶者继续踩离合器踏板时，分离拉杆螺栓将克服膜片弹簧及组合弹簧反力拉动副离合器压盘向后移动，解除了副离合器压盘与副摩擦片之间的压紧力，此时，副离合器也分离，发动不再有功率输出。当驾车者松开离合器踏板，操纵部分通过回位弹簧将分离轴承拉回来，膜片弹簧先恢复原位，副离合器啮合

11、；随后分布在主离合器压盘上的组合弹簧恢复原位，主离合器也啮合。 具体工作过程图如下；       图2-5摩擦离合器构造示意图 1-飞轮  2-从动盘 3-踏板 4-压紧弹簧 5-从动轴 6-从动盘轂 1）分离过程 l 踩下踏板      分离叉顶压分离轴承前       压向分离杠杆内端

12、             分离杠杆内端向前外端向后运动        拉动压盘克服压紧弹簧弹力向后洛阳理工学院毕业设计（论文） 9 移动        解除飞轮、从动盘、压盘三者之间的压紧状        &#

13、160;中断动力传递 。    2）接合过程 l 抬起踏板       分离叉离开分离轴承        分离轴承在回位弹簧作用下回位       在压紧弹簧作用下压盘前移         带动分离杠杆内端向后外端向前运

14、动        此时飞轮、从动盘、压盘三者之间处于压紧状态        接通动力传递。洛阳理工学院毕业设计（论文） 24 簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角R4.5。 

15、0;4.4.2 膜片弹簧基本参数的选择 1）比值H/h 和 h 的选择  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。一般汽车汽车膜片弹簧的H/h值的范围在1.52.5之间，板厚 h 为24 mm 。 本次设计取h =2.5 mm ，H/h =

16、2.2 ，即 H = 2.2h =5.5mm 。 2）R/r比值和 R、r的选择 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。 本设计中取R/r = 1.3，cRR>,由于摩擦片的平均半径为 4dDRc+=128.75 故取R=120mm，则r=R/1.3=92.3mm 。 3）膜片弹簧起始圆锥底角 膜片弹簧自

17、由状态下圆锥角与内截锥高度H关系密切，一般在9°15°范围内。 = arctan H/(R-r) ，代入数值计算可得=10°，符合要求。 4）分离指数目n、切槽宽1d、窗孔槽宽2d、及半径re 汽车离合器膜片弹簧的分离指数目n12，一般在18左右，采用偶数，本次设计取分离指数目n =18。 切槽宽1d=3.23.5 mm，窗孔槽宽2d=910 mm，半径re的取值应满洛阳理工学院毕业设计（论文） 25 足r- re2d。 本次

18、设计取1d= 3.5 mm，2d=10 mm ，rer-2d=92.3mm。 5）膜片弹簧小段内半径r0及分离轴承作用半径rf的确定 r0的值主要由离合器的结构决定，其最小值应大于变速器第一轴花键的外径。分离轴承作用半径rf应大于r0。本次设计取r0=55mm，rf=57mm。 6）压盘加载点半径R1 和支承环加载点半径r1 的确定 R1和r1的取值将影响膜片弹簧的刚度。r1应略大于r且尽量接近r，R1应略小于R且尽量接近R。故选择R1=118，r1=92.3。  4.4.3

19、 膜片弹簧的优化设计 膜片弹簧的优化设计就是要确定一组弹簧的基本参数，使其弹性特性满足离合器的使用性能要求，而且弹簧强度也满足设计要求，以达到最佳的综合效果。 1）为了满足离合器使用性能的要求，弹簧的H/h 与初始底锥角H/(R-r)应在一定范围内，即   2.22.26.1£=£hH  2）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即   3）为了使摩擦片上的压紧力分布比较均匀，拉式膜片弹簧的压盘加载点半径r1应位于摩擦片的平均半径与外半径之间，即

20、60; 4）根据弹簧结构布置要求，R1与R，rf与r0之差应在一定范围内，即   5）膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用，因此其杠杆比应在一定范围内选取，即  洛阳理工学院毕业设计（论文） 26  4.4.4 弹簧材料及制造工艺 国内膜片弹簧一般采用60Si2MnA或50CrVA等优质高精度钢板材料。为了保证其硬度、几何形状、金相组织、载荷特性和表面质量等要求，需进行一系列热处理。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行强压处理，即沿其分离状态的工作方向，超过彻底分离点后继续施加过量

21、的位移，使其过分离38次，并使其高应力区发生塑性变形以产生残余反向应力。另外，对膜片弹簧的凹面或双面进行喷丸处理，即以高速弹丸流喷射到膜片弹簧表面，使表层产生塑性变形，形成一定厚度的表面强化层，起到冷作硬化的作用，同样也可提高疲劳寿命。为提高分离指的耐磨性，可对其端部进行高频感应加热淬火或镀铬。为了防止膜片弹簧与压盘接触圆形处由于拉应力的作用产生裂纹，可对该处进行挤压处理，以消除应力源。  膜片弹簧表面不得有毛刺、裂纹、划痕等缺陷。碟簧部分的硬度一般为4550HRC，分离指端硬度为5562HRC，在同一片上同一范围内的硬度差不大于3个单位。碟簧部分应为均匀的回火托氏体和少量

22、的索氏体。单面脱碳层的深度一般不得超过厚度3。膜片弹簧的内外半径公差一般为H1l和h11，厚度公差为±0025mm，上、下表面的表面粗糙度为1.6m，底面的平面度一般要求小于0.1mm，初始底锥角公差为±10。膜片弹簧处于接合状态时，其分离指端的相互高度差一般要求小于0.81.0mm。洛阳理工学院毕业设计（论文） 29 再对操纵系统第二部分（分离杠杆）进行受力分析和计算： 由  23PePf´=´  得；   78.22364232=fePPK 

23、整个操纵系统力的传递比： 21KKi´=å                                  （5-1） 2.5478.25.19=´=  5.4.2 操纵机构踏板

24、行程    （1）操纵主离合器踏板行程S 踏板行程S由自由行程1S和工作行程2S两部分组成； dcbafefSSSS××÷÷øöççèæD+=+=021                    （5-2） mm10555125457

25、5sin40032647.12»´´´÷øöçèæ´+=o 式中   0S分离轴承的自由行程，一般0S=1.5-3.0mm，本设计取0S=2mm。        fD分离弹簧的附加变形，也称压盘分离行程。        fD=mmSn7.185.02=´=D×（n为摩擦

26、副数，SD为主，从动片间必要的分离间隙，SD=0.751.0mm）        e,a,c,f,b,d分别为操纵杠杆主动臂与被动臂长。 （2）操纵主副离合器总的踏板行程cS dcbafeffefSSc××÷÷øöççèæD+D+=0              

27、;      （5-3） 洛阳理工学院毕业设计（论文） 30                    mm172551254575sin40032647.132647.12»´´´÷øöçèæ´+´+=

28、o  均满足S<150mm, cS<200mm的设计要。  5.4.3 操纵力的校核     (1) 离合器踏板力zcP可按下式计算 SzcFiFP+×å=h'                                  （5-4） NN1680%802.547300»+´»  满足设计要求NPzc200<  式中   'F为离合器分离时，压紧弹簧对压盘的总压力； ()6'´+D+=baMMfQF