推式膜片弹簧离合器的设计

1、.PAGE . 完美WORD格式 专业整理分享 目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc14667 1 论述 PAGEREF _Toc14667 1 HYPERLINK l _Toc25890 1.1离合器概述 PAGEREF _Toc25890 1 HYPERLINK l _Toc13478 1.2离合器的功用 PAGEREF _Toc13478 1 HYPERLINK l _Toc5870 1.3离合器的工作原理 PAGEREF _Toc5870 2 HYPERLINK l _Toc24526 1.4 膜片弹簧离合器概述 PAGEREF _Toc24526 3 HY

2、PERLINK l _Toc20344 2离合器结构方案选取 PAGEREF _Toc20344 4 HYPERLINK l _Toc5455 2.1 离合器车型的选定 PAGEREF _Toc5455 4 HYPERLINK l _Toc27196 2.2 离合器设计的基本要求 PAGEREF _Toc27196 5 HYPERLINK l _Toc2380 2.3 离合器结构设计 PAGEREF _Toc2380 5 HYPERLINK l _Toc24323 2.3.1 摩擦片的选择 PAGEREF _Toc24323 5 HYPERLINK l _Toc24536 2.3.2 压紧弹簧

3、布置形式的选择 PAGEREF _Toc24536 5 HYPERLINK l _Toc18264 2.3.3 压盘的驱动方式 PAGEREF _Toc18264 6 HYPERLINK l _Toc17166 分离杠杆、分离轴承 PAGEREF _Toc17166 6 HYPERLINK l _Toc10427 离合器的散热通风 PAGEREF _Toc10427 6 HYPERLINK l _Toc24308 3 离合器基本结构参数的确定 PAGEREF _Toc24308 7 HYPERLINK l _Toc29055 3.1摩擦片主要参数的选择 PAGEREF _Toc29055 7

4、HYPERLINK l _Toc6507 3.1.1摩擦片的校核 PAGEREF _Toc6507 8 HYPERLINK l _Toc17775 3.1.2离合器单位摩擦面积滑磨功 PAGEREF _Toc17775 8 HYPERLINK l _Toc20160 3.2离合器后备系数的确定 PAGEREF _Toc20160 9 HYPERLINK l _Toc24742 3.3单位压力P的确定 PAGEREF _Toc24742 9 HYPERLINK l _Toc24470 4 离合器从动盘设计 PAGEREF _Toc24470 10 HYPERLINK l _Toc19022 4.

5、1从动盘结构介绍 PAGEREF _Toc19022 10 HYPERLINK l _Toc829 4.2 从动盘设计 PAGEREF _Toc829 11 HYPERLINK l _Toc7705 4.2.1 从动片的选择和设计 PAGEREF _Toc7705 11 HYPERLINK l _Toc10682 4.2.2 从动盘毂的设计 PAGEREF _Toc10682 12 HYPERLINK l _Toc10924 4.2.3摩檫片的材料选取及与从动片的固紧方式 PAGEREF _Toc10924 13 HYPERLINK l _Toc21252 5 离合器压盘设计 PAGEREF

6、_Toc21252 14 HYPERLINK l _Toc21602 5.1压盘的传力方式的选择 PAGEREF _Toc21602 14 HYPERLINK l _Toc11593 5.2压盘的几何尺寸的确定 PAGEREF _Toc11593 14 HYPERLINK l _Toc26371 5.3压盘传动片的材料选择 PAGEREF _Toc26371 14 HYPERLINK l _Toc6709 5.4离合器盖的设计 PAGEREF _Toc6709 14 HYPERLINK l _Toc5740 6离合器分离装置设计 PAGEREF _Toc5740 16 HYPERLINK l

7、_Toc31633 6.1分离杆的设计 PAGEREF _Toc31633 16 HYPERLINK l _Toc11576 6.2离合器分离套筒和分离轴承的设计 PAGEREF _Toc11576 16 HYPERLINK l _Toc27057 7 离合器膜片弹簧设计 PAGEREF _Toc27057 17 HYPERLINK l _Toc8680 7.1 膜片弹簧的结构特点 PAGEREF _Toc8680 17 HYPERLINK l _Toc19088 7.3 膜片弹簧的弹性变形特性 PAGEREF _Toc19088 17 HYPERLINK l _Toc20000 7.4 膜片

8、弹簧的参数尺寸确定 PAGEREF _Toc20000 18 HYPERLINK l _Toc13961 7.4.1 H/h比值的选取 PAGEREF _Toc13961 19 HYPERLINK l _Toc8432 7.4.2 R及R/r确定 PAGEREF _Toc8432 19 HYPERLINK l _Toc16393 7.4.3 膜片弹簧起始圆锥底角 PAGEREF _Toc16393 20 HYPERLINK l _Toc11331 7.4.4 膜片弹簧的优化设计 PAGEREF _Toc11331 20 HYPERLINK l _Toc7606 7.4.5 分离指数目n、切槽宽

9、、窗孔槽宽、及半径r PAGEREF _Toc7606 21 HYPERLINK l _Toc12010 7.4.6 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定 PAGEREF _Toc12010 21 HYPERLINK l _Toc29399 7.4.7膜片弹簧的强度计算 PAGEREF _Toc29399 21 HYPERLINK l _Toc4106 8 扭转减震器设计 PAGEREF _Toc4106 25 HYPERLINK l _Toc9392 8.1 扭转减振器的功用 PAGEREF _Toc9392 25 HYPERLINK l _Toc5762 8.2减振器的结构设计 PAGE

10、REF _Toc5762 25 HYPERLINK l _Toc19505 9 离合器壳设计 PAGEREF _Toc19505 27 HYPERLINK l _Toc31334 结 论 PAGEREF _Toc31334 28 HYPERLINK l _Toc28654 参 考 文 献 PAGEREF _Toc28654 29 HYPERLINK l _Toc1296 致 谢 PAGEREF _Toc1296 30. 专业整理分享 论述1.1离合器概述按动力传递顺序来说,离合器应是传动系中的第一个总成。顾名思义,离合器是离与合矛盾的统一体。离合器的工作,就是受驾驶员操纵,或者分离,或者接合,

11、以完成其本身的任务。离合器是设置在发动机与变速器之间的动力传递机构,其功用是能够在必要时中断动力的传递,保证汽车平稳地起步；保证传动系换档时工作平稳；限制传动系所能承受的最大扭矩,防止传动系过载。为使离合器起到以上几个作用,目前汽车上广泛采用弹簧压紧的摩擦式离合器,摩擦离合器所能传递的最大扭矩取决于摩擦面间的工作压紧力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面状况等。即主要取决于离合器基本参数和主要尺寸。膜片弹簧离合器在技术上比较先进,经济性合理,同时其性能良好,使用可靠性高寿命长,结构简单、紧凑,操作轻便,在保证可靠地传递发动机最大扭矩的前提下,有以下优点2：1结合时平顺、柔和,使汽车起步时不震动、冲击

12、；2离合器分离彻底；3从动部分惯量小,以减轻换档时齿轮副的冲击；4散热性能好；5高速回转时只有可靠强度；6避免汽车传动系共振,具有吸收震动、冲击和减小噪声能力；7操纵轻便；8工作性能最大摩擦力矩和后备系数保持稳定；9使用寿命长。1.2离合器的功用保证汽车平稳起步离合器可使发动机与传动系逐渐接合,保证汽车平稳起步。如前所述,现代车用活塞式发动机不能带负荷启动,它必须先在空负荷下启动,然后再逐渐加载。发动机启动后,得以稳定运转的最低转速约为300500r/min,而汽车则只能由静止开始起步,一个运转着的发动机,要带一个静止的传动系,是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接,就必然造成不是汽车

13、猛烈攒动,就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起,使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大,至足以克服行驶阻力时,汽车便由静止开始运动并逐步加速。因此保证了汽车能平稳起步。保证传动系换挡时工作平顺在汽车行驶过程中,为了适应不断变化的行驶条件,传动系统经常要换用不同档位工作,即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。实现齿轮式变速器的换挡,一般是拨动齿轮或其他挂档机构,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。在换挡前也必须踩下离合器踏板,中断动力传递,便于使原档位的啮合副脱开,同时有可能使新档位啮合齿轮副的啮合部位的速度趋于相等,这样,进入啮合时的冲击

14、可以大为减轻,使换挡时工作平顺。3防止传动系过载当汽车进行紧急制动时,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,传动系受到很大的惯性负荷,而使机件损坏。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相对运动以消除这一危险。因此,离合器的这一功用是限制传动系统所承受的最大转矩,防止传动系过载。1.3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

15、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 3-从动盘 6-压盘 1-离合器盖螺栓 2-离合器盖 9-膜片弹簧 13-分离轴承 1.4 膜片弹簧离合器概述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。因其作为压簧,可以同时兼起分

16、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。那么可以看出,对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。作为

17、压紧弹簧的所谓膜片弹簧,是由弹簧钢冲压成的,具有无底碟子形状的截锥形薄壁膜片,且自其小端在锥面上开有许多径向切槽,以形成弹性杠杆,而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈,而后者借助于固定在离合器盖上的一些为径向切槽数目的一半铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时,由于离合器盖靠向飞轮,后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形,锥顶角变大,甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时,分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变,使膜片弹簧大端后移,并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。膜片弹簧离合器具

18、有很多优点：首先,由于膜片弹簧具有非线性特性,因此设计摩擦片磨损后,弹簧压力几乎不变,且可以减轻分离离合器时的踏板力,使操纵轻便；其次,膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对称的,因此其压紧力实际上不受离心力的影响,性能稳定,平衡性也好；再者,膜片弹簧本身兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使离合器结构大为简化,零件数目减少,质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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,摩擦均匀,也易于实现良好的通风散热等。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

19、,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。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。2离合器结构方案选取2.1 离合器车型的选定本设计针对的车型是微型客车。其基本参数如下：发动机型号LB4最大转矩Nm/315/2800一档传动比4.03主减速比3.08驱动轮类型与规格P205/75R15驱动轮胎直径0.6汽车总质量kg1

20、4102.2 离合器设计的基本要求为了保证离合器具有良好的工作性能,设计离合器应满足以下要求：在任何行驶条件下,都能可靠地传递发动机的最大转矩,并有适当的转矩储备,又能防止传动系过载。接合时要完全、平顺、柔和,保证汽车起步时没有抖动和冲击。分离要迅速、彻底。从动部分转动惯量要小,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。具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。应能避免和衰减传动系的扭转振动,并具有吸收振动、缓和冲击和降低噪声的能力。操纵轻便、准确,以减轻驾驶员的疲劳。作用在从动盘上的总压力和摩擦离合器和摩擦材料的摩擦因数在离合器工作过程

21、中变化要尽可能小,以保证有稳定的工作性能。具有足够的强度和良好的动平衡,以保证其工作可靠、使用寿命长。结构应简单、紧凑,质量小,制造工艺性好,拆装、维修、调整方便。2.3 离合器结构设计摩擦片的选择 单片离合器因为结构简单,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接合平顺,所以被广泛使用于轿车和中、小型货车,因此该设计选择单片离合器。2.3.2 压紧弹簧布置形式的选择离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其他几类相比又有以下几个优点9：1由于膜片弹簧有理想

22、的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大致不变,从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时,弹簧压力不像圆柱弹簧那样升高,而是降低,从而降低踏板力；2膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用,使结构简单紧凑,轴向尺寸小,零件数目少,质量小；3高速旋转时,压紧力降低很少,性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降；4由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触,故其压力分布均匀,摩擦片磨损均匀,可提高使用寿命；5易于实现良好的通风散热,使用寿命长；6平衡性好；7有利于大批量生产,降低制造成本。但膜片弹簧的制造工艺较复杂,对材料质量和尺寸精度要求高,其非线性特性在生产中不易控制,开口处容易产

23、生裂纹,端部容易磨损。近年来,由于材料性能的提高,制造工艺和设计方法的逐步完善,膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此,我选用膜片弹簧式离合器。2.3.3 压盘的驱动方式在膜片弹簧离合器中,扭矩从离合器盖传递到压盘的方法有三种9： 1凸台窗孔式：它是将压盘的背面凸起部分嵌入在离合器盖上的窗孔内,通过二者的配合,将扭矩从离合器盖传到压盘上,此方式结构简单,应用较多；缺点：压盘上凸台在传动过程中存在滑动摩擦,因而接触部分容易产生分离不彻底。2径向传动驱动式：这种方式使用弹簧刚制的径向片将离合器盖和压盘连接在一起,此传动的方式较上一种在结构上稍显复杂一些,但它没有相对滑动部分,因而不存在磨损,同时踏板力也需

24、要的小一些,操纵方便；另外,工作时压盘和离合器盖径向相对位置不发生变化,因此离合器盖等旋转物件不会失去平衡而产生异常振动和噪声。3 径向传动片驱动方式：它用弹簧钢制的传动片将压盘与离合器盖连接在一起,除传动片的布置方向是沿压盘的弦向布置外,其他的结构特征都与径向传动驱动方式相同。经比较,我选择径向传动驱动方式。 分离杠杆、分离轴承分离杠杆的作用由膜片弹簧承担,其作用是通过分离轴承克服离合器弹簧的推力并推动压盘移动,从而使压盘与从动盘和从动盘与飞轮相互分离,截断动力的传递,分离杠杆要具有足够的强度和刚度,以承受反复作用在其上面的弯曲应力,分离轴承的作用是通过分离叉的作用使分离轴承沿变速器前端盖导

25、向套作轴向移动,推动旋转中的膜片弹簧中部分离前端,使离合器起到分离作用。分离本次设计选用的是油封轴承,它可以将润滑脂密封在轴承壳内,使用中不需要增加润滑,相比供油式轴承则需增加。离合器的散热通风试验表明,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。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

26、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.3 离合器基本结构参数的确定3.1摩擦片主要参数的选择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Dmm也可以根据发动机最大转矩N.m按如下经验公式选用 3.1式中,为直径系数,取值范围见表3-1。由选车型得= 315Nm,=14.6,则将各参数值代入式后计算得 D=280mm表3-1 直径系数

27、的取值范围车型直径系数微型客车14.6最大总质量为1.814.0t的商用车16.018.513.515.0最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0根据离合器摩擦片的标准化,系列化原则,根据下表3-2；结合后面的表4-1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/3.23.53.53.53.53.53.53.54=d/D0.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.54010.6760.6670.657

28、0.7030.7620.7960.8020.8000.827单位面积F/106132160221302402466546678应取：摩擦片相关标准尺寸： 外径D=280mm 内径d=165mm 厚度h=3.5mm 内径与外径比值C=0.583 1=0.7963.1.1摩擦片的校核1.摩擦片外径Dmm的选取应使最大圆周速度不能超过6570m/s,即-36570m/s-3=41.03m/s满足要求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有值,即按下表选取表2-5 单位摩擦面积传递转矩的许用值离合器规格D/mm210210250250325325/10-20.280.

29、300.350.40满足要求3.1.2离合器单位摩擦面积滑磨功为了减少汽车起步的的时候离合器的滑磨,防止摩擦片表面的温度过高从而发生烧伤现象,离合器每一次接合的单位面积滑磨功应小于其许用值,即 4-6式中,单位面积滑磨功；其许用值；对于乘用车：=0.4,对于最大总质量小于6.0t的商用车：=0.33,对于最大总质量大于6.0t的商用车：=0.25J/mm2；W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功,可根据下式计算 4-7式中,汽车总质量；轮胎滚动半径；汽车起步时所用变速器挡位的传动比即一挡传动比4.03；主减速器传动比3.08；发动机转速；计算时乘用车取,商用车取；滚动半径rr为0.344

30、m。整备质量查得2105kg。算得 W=35424.5J=0.44J/mm2 QUOTE 0.4 J/ QUOTE mm2,不能满足要求,但不超过15%,为了避免离合器过大,所以可以对主减速和一档的传动比进行调整而达到使用要求。3.2离合器后备系数的确定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：a. 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；b. 防止离合器本身滑磨程度过大；c. 要求能够防止传动系过载。通常轿车和轻型货车=1.21.75。本设计的是轿车离合器,参看有关统计质料离合器后备系数的取值范围见下表3-3,并根

31、据最大总质量不超过6吨的载货汽车=1.201.75,结合设计实际情况,故选择=1.5。则有可有表3.1查得 1.5。表3-3离合器后备系数的取值范围车型后备系数乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75最大总质量为614t的商用车1.502.25挂车1.804.003.3单位压力P的确定压力对表面耐磨性的确定单元,和离合器的性能及使用寿命大大降低,因此选择离合器的工作条件时,应考虑保留的大小,使发动机的摩擦,材料,尺寸,质量和数量的备用部门,以及其他因素。离合器使用频繁时,当发动机的后备系数比较小的时候, P0应取得小一些；如果摩擦片的外径比较大时候,为了能够降低摩擦片外缘处的热负荷,

32、 P0应取得小一些；如果后备系数比较大的时时,可适当的增大P0。当摩擦片采用不同材料的时候,P0取值范围见表3-4。表3-4 摩擦片单位的压力P0的取值范围摩擦片的材料单位的压力P0/MPa石棉基材料模压编织粉末的冶金材料铜基铁基金属的陶瓷材料本次设计摩擦片为石棉基材料,P0选择：0.10P01.50MPa, 初次的选取为P0=0.25MPa。4 离合器从动盘设计4.1从动盘结构介绍在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4.1可

33、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。图4.1 带扭转减振器的从

34、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4.2 从动盘设计从动盘总成由摩擦片,从动片,减震器和从动盘穀等组成。它虽然对离合器工作性能影响很大的构件,但是其工作寿命薄弱,因此在结构和材料上的选择是设计的重点。从动盘总成应满足如下设计要求：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4.2.1 从动片的选择和设计

35、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

36、的从动片一般都作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,有利于摩擦片的磨损。 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。,在本设计中,因为设计的是轿车的离合器,故采可以用整体式弹性从动片,离合器从动片采用2厚的的薄钢板冲压而成,其外径由摩擦面外径决定,在这里取280,内径由从动盘毂的尺寸决定,这将在以后的设计中取得。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,还在从动刚

37、片上沿径向开有几条切口。4.2.2 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Temax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。花键选取后应进行动连接强度校核： 4.1式中,N为从动盘毂的数目；其余参数见表4-1。

38、表4-1 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花键尺寸挤压应力c/Mpa齿数N外径D/mm内径d/mm齿厚b/mm有效齿长l/mm160491023183209.81806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.325019610352843510.228027510352844012.530030410403254010.532537310403254511.435047110403255013.0根据摩擦片的外径D=280mm与发动机的最大转矩Temax=315 Nm,由表4-1查得N=1

39、0,D=35mm,d=28mm,b=4mm,l=40mm,=12.5Mpa,则由公式校核得：=10.7MPaj=12.5MPa。所以,所选花键尺寸能满足使用要求。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

40、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

41、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。5 离合器压盘设计5.1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。如前面所述采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上,另一端用螺钉固定在压盘上,为了改善传动片的受力情况,它一般都是沿圆周布置。5.2压盘的几何尺寸的确定由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定,故压盘的内外径也可因此而确定

42、。压盘外径D=280 压盘内径d=165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

43、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在该设计中,初步确定该离合器的压盘的厚度为155.3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。5.4离合器盖的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

44、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：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,该离合器盖采用厚度约为4的低碳钢板如08钢板冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。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。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

45、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.6离合器分离装置设计6.1分离杆的设计本设计才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6.2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

46、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。本人设计的是推式膜片弹簧离合器,采用的是推式自动调心式分离轴承装置。7 离合器膜片弹簧设计7.1 膜片弹簧的结构特点由前面可以知道,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,在本设计中采用推式结构。 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,它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样,故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载,碟簧受压变平,卸

47、载后又恢复原形所。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是,在膜片弹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。7.3 膜片弹簧的弹性变形特性前面说过膜片弹簧起弹性作用的部分是其碟簧部分,碟簧部分的弹性变形特性和螺旋弹簧是不一样的,它是一中非线性的弹簧,其特性和碟簧部分的原始内截锥高H及弹簧片厚h的比值H/h有关。不同的H/h值可以得到不同的特性变形特性

48、。一般可以分成下列四中情况：如下图7.1中H/h=0.5的曲线,其曲线形状表现为:载荷P的增加,变形总是不断增加.这种弹簧的刚度很大,可以承受很大的载荷,适合与作为缓冲装置中的行程限制器。=如图7.1中H/h=1.5的曲线,弹性特性曲线在中间有一段很平直,变形的增加,载荷P几乎不变.这种弹簧叫做零刚度弹簧.2如图7.1中=2.75者,弹簧的特性曲线中有一段负刚度区域,即当变形增加时,载荷反而减少具有这种特性的膜片弹簧很适合用于作为离合器的压紧弹簧,因为可利用其负刚度区,达到分离离合器时载荷下降,操纵省力的目的,当然负刚度过大也不适宜,以免弹簧工作位置略微变动造成弹簧压紧力过大.如下图7.2,这

49、种弹簧的的特性曲线中具有更大的负刚度不稳定工作区,而且有载荷为负值的区域.这种弹簧适合于汽车液力传动中的锁止机构。图7.1 三种不同H/h值时的无因次特曲线图7.2 各种不同H/h值时的无因次弹性变形特性7.4 膜片弹簧的参数尺寸确定在设计膜片弹簧时,一般初步选定其全部尺寸然后进行一系列的验算,最后优选最合适的尺寸。其结构示意图见图7.3图7.3 膜片弹簧示意简图H/h比值的选取设计膜片弹簧时,要利用其非线性的弹性变形规律,因此要正确选择其特性曲线的形状,以获得最佳性能。一般汽车汽车膜片弹簧的H/h值的范围在1.52.5之间。我设计的膜片弹簧,H=5.0mm；h=2.5mm所以,=2R及R/r

50、确定比值R/r对弹簧的载荷及应力特性都有影响,从材料利用率的角度,比值在1.82.0时,碟形弹簧储存弹性的能力为最大,就是说弹簧的质量利用率和好。因此设计用来缓和冲击,吸收振动等需要储存大量弹性能时的碟簧时选用。对于汽车离合器的膜片弹簧,设计上并不需要储存大量的弹性能,而是根据结构布置与分离的需要来决定,一般R/r取值为1.21.3.对于R,膜片弹簧大端外径R应满足结构上的要求和摩擦片的外径相适应,大于摩擦片内径,近于摩擦片外径。此外,当H,h及R/r等不变时,增加R有利于膜片弹簧应力的下降。参考下表可7-1表 7-1 一些车型膜片弹簧的R和R/r的值车型外径内径半径2RR/r丰田225160

51、206103/81=1.27北京BJ751228150210105/8.5=1.25上海SH771280165252126/103.5=1.21初步确定R=126mm；r=103.5mm所以,R/r=1.25 膜片弹簧起始圆锥底角汽车膜片弹簧一般起始圆锥底角在1014之间,代入数值计算可得：=12.47.4.4 膜片弹簧的优化设计1为了满足离合器使用性能的要求,弹簧的与初始锥角应在一定范围内,即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,推式膜片弹簧的压盘加载点半径或拉式膜片弹簧的压盘加载点半径应位于摩擦片的平均半径与外半径之间,即推式： 拉式： 4根据

52、弹簧结构布置要求,与,与之差应在一定范围内选取,即5膜片弹簧的分离指起分离杠杆的作用,因此杠杆比应在一定范围内选取,即推式： 拉式： 由4和5得mm,mm。7.4.5 分离指数目n、切槽宽、窗孔槽宽、及半径r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,便于制造时模具分度切槽宽3,10,窗孔半径r一般情况下由rr ,所以取rr=10 =10参考下表7-2表7-2 一些车型膜片弹簧的分离爪数n、切槽宽、及半径车型 nr丰田183.2 911北京BJ751183.21113上海SH77118 3.21112.5雪佛兰183.21010参考上表7-2 可取得n=18, 3,10,

53、r=607.4.6 压盘加载点半径和支承环加载点半径的确定应略大于且尽量接近r,应略小于R且尽量接近R。本设计取mm,mm。膜片弹簧应用优质高精度钢板制成,其碟簧部分的尺寸精度要高。国内常用的碟簧材料的为60SizMnA,当量应力可取为16001700N/mm2。7.4.7膜片弹簧的强度计算假定膜片弹簧在承载过程中其子午断面刚性地绕此断面上的某中性点O转动图3.4。断面在O点沿圆周方向的切向应变为零,故该点的切向应力为零,O点以外的点均存在切向应变和切向应力。现选定坐标于子午断面,使坐标原点位于中性点O。令X轴平行于子午断面的上下边,其方向如上图所示,则断面上任意点的切向应力为： 3.14图3

54、.3 膜片弹簧工作点位置式中 碟簧部分子午断面的转角从自由状态算起碟簧部分子有状态时的圆锥底角e 碟簧部分子午断面内中性点的半径e=R-r/In 3.15为了分析断面中断向应力的分布规律,将3.14式写成Y与X轴的关系式：3.16图3.4 切向应力在子午断面的分布由上式可知,当膜片弹簧变形位置一定时,一定的切向应力t在X-Y坐标系里呈线性分布。当时,因为的值很小,我们可以将看成,由上式可写成。此式表明,对于一定的零应力分布在中性点O而与X轴承角的直线上。从式3.16可以看出当时无论取任何值,都有。显然,零应力直线为K点与O点的连线,在零应力直线内侧为压应力区,外侧位拉应力区,等应力直线离应力直

55、线越远,其应力越高。由此可知,碟簧部分内缘点B处切向压应力最大,A处切向拉应力最大,分析表明,B点的切向应力最大,计算膜片弹簧的应力只需校核B处应力就可以了,将B点的坐标X=e-r和Y=h/2 代入3.17式有： 3.17令可以求出切向压应力达极大值的转角由于：mm所以：,N/mm2B点作为分离指根部的一点,在分离轴承推力F2作用下还受有弯曲应力：3.18式中 n分离指数目n=18 br单个分离指的根部宽mm因此：N/mm2由于rB是与切向压应力tB垂直的拉应力,所以根据最大剪应力强度理论,B点的当量应力为：N/mm2N/mm2膜片弹簧的设计应力一般都稍高于材料的局限,为提高膜片弹簧的承载能力

56、,一般要经过以下工艺：先对其进行调质处理,得到具有较高抗疲劳能力的回火索氏体,对膜片弹簧进行强压处理将弹簧压平并保持1214h,使其高应力区产生塑性变形以产生残余反向应力,对膜片弹簧的凹表面进行喷丸处理,提高弹簧疲劳寿命,对分离指进行局部高频淬火或镀铝,以提高其耐磨性。故膜片弹簧和当量应力不超出允许应力范围,所以用设数据合适。8 扭转减震器设计8.1 扭转减振器的功用降低了发动机曲轴与传动系接合部分的扭转刚度,调谐了传动系扭振固有率；增加了传动系的扭振阻尼,抑制了扭转共振影响振幅,并衰减因冲击而产生的瞬间扭振；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和噪声；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。8.2减振器的结构设计极限转矩 QUOTE 极限转矩是指减振器在消除了限位销与从动盘毂缺口之间的间隙 QUOTE 时所能传递的最大转矩,即限位销起作用时的转矩。它受限于减振弹簧的许用应力等因素,与最大转矩有关,一般可取： QUOTE 8.1式中,2.0适用乘用车,1.5适用商用车,本设计为乘用车,选取2.0。代入数据可得, QUOTE 472.5Nm。扭转角刚度 QUOTE 为了能够避免引起传动系统的共振,需要合理的选择减振器的扭转角刚度 QUOTE ,使共振现象