离合器课程设计

1、武汉理工大学华夏学院11拉式膜片弹簧离合器设计课程设计说明书11（现代伊兰特1.6标准型）指导教师：学院：专业班级：学号：学生姓名：2011年12月10日摘要离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动 系的动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动 系统所承受的最大转矩，防止传动系统过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和 轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平 衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细 的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。本文基于比长安福特两厢

2、1.3L的设计要求和设计参数，确定了以拉式膜片弹 簧离合器作为设计目标。根据拉式膜片弹簧离合器工作原理和使用要求，采用系 统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机构。通过对各个部分 设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结构及其零部件的 制造材料。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， 主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径D的确定，离合器 后备系数0的确定，单位压力P的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置的 设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和膜片弹簧设计等。关键字：离合器，膜片弹簧，从动盘，压盘，摩擦片2011年12月

3、10日目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 绪论 5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 1.1离合器概论5 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.2离合器的工作原理 5 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 设计要求及技术参数 6 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2.1设计基本要求6 HYPERLINK l bookma

4、rk44 o Current Document 2.2技术参数 6 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 结构方案分析 63.1从动盘数的选择64.3.2压紧弹簧和布置形式的选择6 HYPERLINK l bookmark65 o Current Document 5.3.3膜片弹簧的支撑形式6 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 离合器主要参数的选择 7 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 4.1后备系数0 7 HYPERLINK l bookmark

5、78 o Current Document 4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙At 7 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 4.3单位压力p 0 8 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 4.4摩擦片外径D、内径d和厚度b 8 HYPERLINK l bookmark102 o Current Document 离合器的设计与计算 9 HYPERLINK l bookmark105 o Current Document 6.5.1离合器基本参数的优化 9 HYPERLINK l bookmark

6、121 o Current Document 5.2膜片弹簧的弹性特性曲线 10 HYPERLINK l bookmark124 o Current Document 5.3膜片弹簧基本参数的选择 105.4膜片弹簧的优化设计 11 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 主要零部件的结构设计 11 HYPERLINK l bookmark175 o Current Document 6.1扭转减振器的概述 11 HYPERLINK l bookmark182 o Current Document 6.2从动盘毂设计 11 HYPERLINK l

7、bookmark188 o Current Document 6.2.1从动片的设计 12 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document 6.2.2摩擦片的设计要求 126.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式 136.3离合器盖总成的设计 136.3.1离合器盖结构设计的要求： 13 HYPERLINK l bookmark217 o Current Document 6.3.2压盘的设计13 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 6.3.3压盘的结构设计与选择 14结论 15参考文献 151.绪论

8、1.1、离合器概述对于以内燃机为动力的汽车，离合器在机械传动系中是作为一个独立的总成 而存在的，它是汽车传动系中直接与发动机相连的总成。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。 它主要包括主动部分、从动部分、压紧机构、和操纵机构等四部分。离合器的功用主要的功用是切断和实现发动机对传动系的动力传递，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；在换档时将发动机 与传动系分离，减少变速器中换档齿轮之间的冲击；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，以防止传动系各零件因过载而损坏；有效 地降低传动系中的振动和噪声

9、。1.2离合器的工作原理如图1.1所示，摩擦离合器一般是有主动部分、从动部分组成、压紧机构和 操纵机构四部分组成。离合器在接合状态时，发动机扭矩自曲轴传出，通过飞轮2和压盘借摩擦作 用传给从动盘3,在通过从动轴传给变速器。当驾驶员踩下踏板时，通过拉杆，分 离叉、分离套筒和分离轴承8,将分离杠杆的内端推向右方，由于分离杠杆的中间 是以离合器盖5上的支柱为支点，而外端与压盘连接，所以能克服压紧弹簧的力 量拉动压盘向左，这样，从动盘3两面的压力消失，因而摩擦力消失，发动机的 扭矩就不再传入变速器，离合器处于分离状态。当放开踏板，回位弹簧克服各拉 杆接头和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此时压紧弹簧就

10、推动压盘向右，仍 将从动盘3压紧在飞轮上2,这样发动机的扭矩又传入变速器。图1.1离合器总成1-轴承2-飞轮3-从动盘4-压盘5-离合器盖螺栓6-离合器盖7-膜片弹簧8-分离轴承9-轴2、设计要求及其技术参数2.1设计基本要求：在任何行驶条件下，既能可靠地传递发动机的最大转矩，并有适当的 转矩储备，又能防止过载。接合时要完全、平顺、柔和，保证起初起步时没有抖动和冲击。分离时要迅速、彻底。从动部分转动惯量要小，以减轻换档时变速器齿轮间的冲击，便于换 档和减小同步器的磨损。应有足够的吸热能力和良好的通风效果，以保证工作温度不致过高， 延长寿命。操纵方便、准确，以减少驾驶员的疲劳。具有足够的强度和良

11、好的动平衡，一保证其工作可靠、使用寿命长。2.2技术参数：车型:现代伊兰特1.6标准型最大扭矩 / 转速(N m/rpm ) : 143/45003、结构方案分析3.1从动盘数的选择：单片离合器单片离合器：单片离合器的结构简单，轴向尺寸紧凑，散热良好，维修调整 方便，从动部分转动惯量小，在使用时能保证分离彻底，采用轴向有弹性的从动 盘可保证结合平顺。双片离合器：一般用于传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。多片式离合器：主要应用于最大总质量大于14吨的商用车的行星齿轮变速器 换挡机构中。对乘用车和最大质量小于6t的商用车而言，发动机的最大转矩一般不大，在 布置尺寸容许条件下，离合器通常只设有一

12、片从动盘。所以选择单片式离合器。3.2压紧弹簧和布置形式的选择：拉式膜片弹簧离合器膜片弹簧是一种由弹簧钢制成的具有特殊结构的碟形弹簧，主要由碟簧部分 和分离指部分组成。膜片弹簧离合器与其他形式的离合器相比，有如下优点：具有较理想的非线性弹性特性。兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用。高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定。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。通风散热良好，使用寿命长。膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。与推式相比，拉式膜片弹簧离合器具有许多优点：取消了中间支承各零件，并不用支 承环或只用一个支承环，使其结构更简单、紧凑，零件数目更少，质量更小等。由

13、于拉式膜片弹簧离合器的综合性能优越，所以选择拉式膜片弹簧离合器。3.3膜片弹簧的支撑形式图3-1为拉式膜片弹簧的支承形式一单支承环形式，将膜片弹簧大端支承在离 合器盖杀中的支承环上。图3-14、离合器主要参数的选择4.1后备系数。后备系数6是离合器设计中的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最 大转矩的可靠程度。在选择6时，应考虑摩擦片在使用中的磨损后离合器仍能可 靠地传递发动机最大转矩、防止离合器滑磨时间过长、防止传动系过载以及操纵 轻便等因素。乘用车6选择：1.201.75 ，本次设计取6 = 1.5。4.2摩擦因数f、摩擦面数Z和离合器间隙At摩擦片的摩擦因数f取决于摩擦片所用的材料及

14、其工作温度、单位压力和滑磨 速度等因素。摩擦因数f的取值范围见下表。表4-1摩擦材料的摩擦因数f的取值范围摩擦材料摩擦因数f石棉基材料模压0.20 0.25编织0.25 0.35粉末冶金材料铜基0.25 0.35铁基0.35 0.50金属陶瓷材料0.70 1.50本次设计取f = 0.30。摩擦面数Z为离合器从动盘数的两倍，决定于离合器所需传递转矩的大小及 其结构尺寸。本次设计取单片离合器Z = 2。离合器间隙At是指离合器处于正常结合状态、分离套筒被回位弹簧拉到后极 限位置时，为保证摩擦片正常磨损过程中离合器仍能完全结合，在分离轴承和分 离杠杆内端之间留有的间隙，该间隙At一般为34mm。本

15、次设计取!: =3 mm。4.3单位压力p0单位压力P0决定了摩擦表面的耐磨性，对离合器工作性能和使用寿命有很大 影响，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。P0取值范围见表4-2。表4-2摩擦片单位压力p 0的取值范围摩擦片材料单位压力p0/Mpa石棉基材料模压0.15 0.25编织0.25 0.35粉末冶金材料铜基铁基0.35 0.50金属陶瓷材料0.70 1.50P0选择：0.10 MPa W p0 W 1.50 MPa，本次设计取 p0 = 0.25MPa。4.4摩擦片外径D、内径d和厚度b摩擦片外径是离合器的主要参数，它对离合

16、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，发动机最大转矩由饮己知，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7密(N.m)按如下经验公式选用(3.1)式中，Kd为直径系数，取值范围见表3-1。由选车型得Temax= 143N m， K =14.6，则将各参数值代入式后计算得D=175mm表3-1直径系数Kd的取值范围车型直径系数kD乘用车14.6最大总质量为1.814.0t的商用车最大总质量大于14.0t的商用车16.018.5（单片离合器）最大总质量为1.814.0t的商用车最大总质量大于14

17、.0t的商用车13.515.0（双片离合器）22.5 24.0根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3-2表3-2离合器摩擦片尺寸系列和参数(即GB145774)外径D/mm160180200225250280300325350内径d/mm110125140150155165175190195厚度h/3.23.53.53.53.53.53.53.54C =d/D0.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.5401- C30.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.827单位面积F/ cm3106132160

18、221302402466546678可取：摩擦片相关标准尺寸：(注意：这里要联合考虑从动盘花键毂部分的尺寸问 题)取外径D=180mm 内径d=125mm 厚度h=3.5mm内径与外径比值C =0.694 1-C3 =0.6675、离合器的设计与计算5.1离合器基本参数的优化设计离合器要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化直接影响 离合器的工作性能和结构尺寸。这些参数的确定在前面是采用先初选、后校核的 方法。下面采用优化的方法来确定这些参数。 摩擦片外径D (mm)的选取应使最大圆周速度vD不超过6570m/s，即v d = nD x 10 -3 =&x 4500 x 200 x 1

19、0 -3 =47.1m/s 670m/s(2-2)符合要求。其中,vd为摩擦片最大圆周速度(m/s);n为发动机最高转速(r/min)。摩擦片的内、外径比C应在0.530.70范围内，本次设计取C =0.694。为了保证离合器可靠地传递发动机的转矩，并防止传动系过载，不同的车 型的6值应在一定范围内，最大范围为1.24.0。本次设计取6 = 1.50。为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤,对于不同车型，单位压力p 0根据所用的摩擦材料在一定范围内选取，P0的最大范围为0.101.50 Mpa。本次设计取P0 = 0.3 MPa。5.2膜片弹簧的弹性特性曲线77 了 e 一5.3膜片弹簧基

20、本参数的选择比值H/h和h的选择为保证离合器压紧力变化不大和操纵轻便，汽车离合器用膜片弹簧的H/h 一 般为1.52.0，板厚h为24 mm。取 h = 2.5 mm，H/h =2，艮口 H = 2h =5 mm。R/r比值和R、r的选择研究表明。R/r越大，弹簧材料利用率越低，弹簧越硬，弹性特性曲受直径误 差的影响越大，且应力越高。根据结构布置和压紧力的要求。R/r 一般为1.20 1.35。为使摩擦片上的压力分布较均匀，拉式膜片弹簧的r值宜为大于或等级R 。即125mm=R= A2P=T*n/9550=143 X 4500/9550=67.3取rmin I轴花键外径=32mm由文献4 得知

21、花键尺寸ro=36rf=40B=76）切槽宽度06 2及半径r e的确定6 1= 3.23.5 mm, 6 = 910 mm, r 的取值应满足 r - r N 6 。本次设计取 8 1 = 3.5 mm,5 = 10 mm , r W r - 5 = 92.3 mm。5.4膜片弹簧的优化设计262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a H/（R-r） 应在一定范围内，即1.6 W H/h = 1.25 W 2.29Wa H/（R-r）

22、=13W 152）弹簧各部分有关尺寸的比值应符合一定的范围，即1.20 W R/r=1.25 W 1.353.5WR / r0=3 W5.06、主要零部件的结构设计6.1扭转减振器的概述扭转减振器主要由弹性元件（减振弹簧或橡胶）和阻尼元件（阻尼片）等组成。弹 性元件的主要作用是降低传动系的首段扭转刚度，从而降低传动系扭转系统的某 阶（通常为三阶）固有频率，改变系统的固有振型，使之尽可能避开由发动机转矩主 谐量激励引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振动能量。因此，扭转 减振器具有如下功能：1）降低发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度，调谐传动系扭振固有频率。2）增加传动系扭振阻尼，抑制扭

23、转共振响应振幅，并衰减因冲击而产生的瞬 态扭振。3）控制动力传动系总成怠速时离合器与变速器轴系的扭振，消减变速器怠速 噪声和主减速器与变速器的扭振及噪声。4）缓和非稳定工况下传动系的扭转冲击载荷，改善离合器的接合平顺性。减振器的扭转刚度k中和阻尼摩擦元件间的阻尼摩擦转矩T是两个主要参数，决定了减振器的减震效果。其设计参数还包括极限转矩T预紧转矩Tn和极 限转角甲j等。6.2从动盘毂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Jmax由表3-1选取。表6-2从动

24、盘毂花键的尺寸摩擦片外卜径D/mm发动机最大转 矩T /（N m）花键尺寸挤压应力b /MPa齿数n外卜径D/mm内 径d/mm齿 厚t/mm有效尺长 l/mm160491023183209.81806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0本次设计D = 225 mm , T = 143N - m故选择花键类型为:从动盘外卜径D/mm发动机最

25、大转 矩T m（N m）花键尺寸挤压应力b /MPa齿数n外卜径D/mm内 径d/mm齿 厚t/mm有效尺长 l/mm22515010322643011.5由公式校核得:O j=10.5MPao j = 11.8 MPa。T j=7.9 MPa t j = 15 MPa。所以，所选花键尺寸能满足使用要求6.2.1从动片的设计从动盘对离合器工作性能影响很大，设计时应满足如下要求：1）从动盘的转动惯量应尽可能小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。2）从动盘应具有轴向弹性，使离合器结合平顺，便于起步，而且使摩擦面压 力均匀，以减小磨损。3）应安装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。6.2.2摩擦

26、片的设计要求摩擦片应满足以下要求：1）摩擦因数较高且稳定，工作温度、单位压力、滑磨速度的变化对其影响要小2）具有足够的机械强度与耐磨性3）密度要小，以减少从动盘的转动惯量。4）热稳定性要好5）磨合性要好，不至刮伤飞轮和压盘表面6.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的 的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：（1）应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的 影响小。（2）要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。（3）要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好（4）热稳定性要好，要求在高温时

27、分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦（5）磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面（6）油水对摩擦性能的影响应最小（7）结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求，目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学 稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约 在0.3左右。这种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度，滑磨速度及单位压 力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。所以目前正在研制具有传热性好、 强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数（可达0.5左右）的粉末冶金摩擦片和陶 瓷摩擦材料等。在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用

28、较 软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有 较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那 样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系 数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。6.3离合器盖总成的设计6.3.1离合器盖结构设计的要求：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

29、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。6.3.2压盘的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，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，也可以采用传热系数较大的铝合金压盘。2）压盘应具有较大刚度，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15 25 mm。在该设计中，初步确定该离合器的压盘的厚度为15哑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 15 20 g cm。4）压盘高度（从承压点到摩擦面的距离）公差要小。压盘形状较复杂，要求传热性好，具有较高的摩擦因数，通常采用灰铸铁， 一般采用 HT200、HT250、HT300，硬度为 170227HBS。6.3.3压盘的结构设计与选择Y W、，八取温升 t=10 t =0.5X12213.5/(cX481.4) = 9 Cmcm =件 =hx (0.2502 - 0.1552)x7800 = 1.375 kg(3-1)所以h=6取 h=15P为铸铁密度，取7800 kg