汽车离合器的设计毕业

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哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计

汽车离合器的设计毕业论文

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开和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，协同换档；（3）防止传动系过载。

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，操作便捷，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白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。

本设计主要针对马自达6的离合器进行设计计算。

关键词:离合器,膜片弹簧,从动盘,压盘,摩擦片

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ABSTRACT

AutomobileClutchintheengineandgearboxbetweentheflywheel

shell,withscrewwillbefixedintheclutchassemblyaftertheplaneoftheflywheel,clutchgearboxoutputshaftistheinputshaft。Intheprocessofmovingvehicle,thedrivermayneedPedalorreleasetheclutchpedalsothattheengineandgearboxtemporaryseparationandprogressivejoint,tocutofftheengineortransmissiontothetransmissioninputpower.Itsfunctionas:(1)thecarasmoothstart,(2)tointerruptthetransmissionofpowertomeettheshift,(3)topreventtransmissionoftheoverload.

InrecentyearsthecaspringclutchisakindofclutchthatwidelyAdopted

invehicleandlightvehicle.IthasgreatcapacityoftorqueAndmorestabley,manipulateeasyandconvenient,wellequilibrium,Andalsocanproducebatch.sotheresearchoftheclutchismoreandmoreimportant.Thisdesignmanualelaboratedontheconstructionform,parametrechooseandprocessofcalculateofthelightvehicle.

KEYWDRDS:clutch,thecaspring,drivenplate,frictiondisc

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绪论

汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。

对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩—转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在汽车上需要有一套繁杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。

在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。I在以内燃机作为动力的机械传动汽车中，离合器是作为一个独立的总成而存在的。

离合器寻常装在发动机与变速器之间，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开的机构。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开，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。

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第1章概述

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，可以同时兼起分开杠杆的作用，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。离合器分开时，使离合器踏板操纵便捷，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大量径向切槽，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。当离合器分开时，分开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，并通过分开钩拉动压盘后移使离合器分开。膜片弹簧离合器具有好多优点：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，且可以减轻分开离合器时的踏板力，使操纵便捷；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

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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开杠杆的作用，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。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，其膜片弹簧为反装，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、装拆便利；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。

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第2章离合器结构方案选取

2.1给定参数和结构设计要求

发动机最大功率及转速：108Kw/6500rpm发动机最大转矩及转速：204N.m/6500rpm汽车整备质量：1444KG主减速比：3.863变速器1档传动比：3.454轮胎型号：205/55R16

在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及系列化，通用化，标准化要求等，合理选择离合器的结构。

2.2结构设计

2.2.1从动盘数选取

本车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器，由于这种结构的离合器结构简单，调整便利，轴向尺寸紧凑，分开完全，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于乘用车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于1000N.m的大型客车和重型货车上也有所推广。因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。

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2.2.2压紧弹簧的结构形式及布置

离合器的压紧弹簧的结构形式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较适合。作为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大量径向切槽，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（参看2.1图）。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。当离合器分开时，分开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，并通过分开钩拉动压盘移到膜后移使离合器分开。膜片弹簧离合器具有好多优点：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，且可以减轻分开离合器时的踏板力，使操纵便捷；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开杠杆的作用，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，广泛用于乘用车、客车、轻型和中型货车上。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用

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压式机构，即离合器分开时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分开指处是承受压力。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，并将支承圈片弹簧的大端附近（见图2.2b），使结构简化，零件减少、装拆便利；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(见图2.2a)。

图2.1膜片弹簧离合器的工作原理图

（a）自由状态；（b）压紧状态；（c）分开状态

图2.2离合器操纵形式

(a)一般压式操纵(b)拉式操纵

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2.2.3压盘的驱动方式

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，但这种连接应允许压盘在离合器分开过程中能自由的作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块—窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等。近年来广泛采用弹性传动片式。由于另外几种方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙。这样在传动时将产生冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。另外，在离合器分开时，由于零件间的摩擦将降低离合器操纵部分的传动效率。弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且一般用3~4组（每组2~3片）沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机传动片时受拉，当由车轮滑行时反转受压。这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点，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。所以该离合器采用弹性传动片。

2.2.4分开轴承的类型

分开轴承在工作中主要承受轴向力，在分开离合器时由于分开轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分开轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反状况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分开轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分开轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分开装置（见图2.3）。它有内圈旋转轴承，轴承罩，波形片簧，它由厚约为0.7㎜的65Mn钢带制成，油淬、模内回火度HRC43～51）及

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分开套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分开轴承相对于分开套筒可以径向移动1mm左右，所以当膜片相对分开套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分开轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分开指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分开指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠杆比。

分开套筒支撑着分开轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分开器结合后，分开轴承与分开杠杆之间一般有3~~4mm间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分开轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用微弱的油压或弹簧力使分开轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。

图2.3自动调心轴承装置

1—分开轴承罩；2—分开轴承；3—分开套筒；4—波形弹簧片

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2.2.5离合器的通风散热措施

提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。

在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在180℃以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过180℃～200℃时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到1000℃。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，一般约为15~25mm。

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第3章离合器基本结构参数的确定

在初步确定了离合器的结构形式之后就要确定其基本结构尺寸参数。

3.1后备系数的选择

离合器的后备系数，选择时应考虑摩擦片磨损后仍能传递?cmax及避免起步时滑磨时间过长；同时应考虑防止传动系过载及操纵便捷等。

表3.1后备系数表

车型乘用车及总质量小于6t的商用车后备系数1.20～1.75最大总质量为6~14t的商用车1.50～2.251.80~4.00挂车本设计是基于马自达6汽车的离合器设计，该车型属于乘用车，应选择本次设计的后背系数β在1.20~1.75之间选择，取?=1.30。

3.2摩擦片外径及其它尺寸的确定

摩擦片的外径D是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径D

在确定外径时，可以根据以下经验公式（3.1）计算出：

D=KDTemax式(3.1)

式中：D——摩擦片外径，㎜

Temax——发动机最大扭矩，N.m

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KD——直径系数，乘用车取14.6设计原始数据：T

emax=204N.m

由公式（3.1）代入相关数据，则得：D=208mm

根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3.2“离合器摩擦片尺寸系列和参数〞（即GB1457—74）

表3.2离合器摩擦片尺寸系列和参数

内外径之比外径D/mm内径d/mm厚度h/mm单位面积d/D0.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.5570.540F/mm210600132001600022100302004020046600546006780072900160180200225250280300325350380110125140150155165175190195205

3.23.53.53.53.53.53.53.544可取：摩擦片有关标准尺寸：

外径D=200㎜内径d=140㎜厚度h=3.5㎜

内径与外径比值d/D=0.700

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第4章离合器从动盘设计

4.1从动盘结构简要介绍

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。

4.2从动盘设计

设计从动盘时一般应满足以下几个方面的要求:

（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

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（4）要有足够的抗爆裂强度

图4.1带扭转减振器的从动盘

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

4.2.1从动片的选择和设计

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。这是由于汽车在行驶中进行换档时，首先要分开离合器，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

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较薄，寻常是用1.3~2.0㎜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0.65～1.0㎜,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。

图4.2整体式弹性从动片1—从动片；2—摩擦片；3—铆钉

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，由于设计的是乘用车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，其简化结构见图4.2，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200㎜，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。

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由于其采用整体式弹性从动片，从动片沿半径方向开槽,其结构简图见图4.2,将外圆部分分割成大量扇形,并将扇形部分冲压成依次向一致方向弯曲的波浪形,使其具有轴向弹性,两边的摩擦片则分别铆在扇形片上.在离合器结合的过程中,从动片被压紧,弯曲的波浪扇形部分被逐渐压平从动盘摩擦面片所传递的转矩逐渐增大,使其结合过程较平顺,温柔,整体式弹性从动片根据从动片尺寸的大小可制成6～12个切槽,并往往将扇形部分与中央部分的连接处切成T形槽,目的是进一步减小刚度,增加弹性。从钢动片材料一般采用高碳刚或弹簧刚板冲压而成，经热处理后达到所要求的硬度。

4.2.2从动