畢業(yè)設(shè)計(jì) - 離合器設(shè)計(jì)第1章緒論1.1 選題的目的本次設(shè)計(jì)，我力爭把離合器設(shè)計(jì)系統(tǒng)化，為離合器設(shè)計(jì)者提供一定的參考價(jià)值。拋棄傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器，設(shè)計(jì)新式的拉式膜片彈簧離合器是本次設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)。1.2 離合器發(fā)展歷史 1近年來各國政府都從資金、技術(shù)方面大力發(fā)展汽車工業(yè)，使其發(fā)展速度明顯比其它工業(yè)要快的多，因此汽車工業(yè)迅速成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。對于內(nèi)燃機(jī)汽車來說，離合器在機(jī)械傳動(dòng)系中作為一個(gè)獨(dú)立的總成而存在，它是汽車傳動(dòng)系中直接與發(fā)動(dòng)機(jī)相連接的總成。目前，各種汽車廣泛采用的是摩擦式離合器，它是利用摩擦副間的摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的離合器。在早期研發(fā)的離合器中，錐形離合器最為成功。現(xiàn)今所用的盤片式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925 年以后才出現(xiàn)的。進(jìn)入30 年代時(shí)，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才采用多片離合器。多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)上的改進(jìn)使人們逐漸趨向于首選單片干式離合器1 。隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率不斷提高和汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，人們對離合器的要求越來越高。從提高離合器工作性能的角度出發(fā)，傳統(tǒng)的推式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)正逐步地向拉式膜片彈簧離合器結(jié)構(gòu)發(fā)展，傳統(tǒng)的操縱形式正向自動(dòng)操縱的形式發(fā)展。因此，提高離合器的可靠性和延長其使用壽命，適應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的高轉(zhuǎn)速，增加離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力和簡化操縱，已成為離合器的發(fā)展趨勢。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，設(shè)計(jì)工作已從手工轉(zhuǎn)向電腦，包括計(jì)算、性能演示、計(jì)算機(jī)繪圖、制成后的故障統(tǒng)計(jì)等等。1.3 離合器概述按動(dòng)力傳遞順序來說， 離合器應(yīng)是傳動(dòng)系中的第一個(gè)總成。 顧名思義，離合器是“離”與“合”矛盾的統(tǒng)一體。離合器的工作，就是受駕駛員操縱，或者分離，或者接合，以完成其本身的任務(wù)。離合器是設(shè)置在發(fā)動(dòng)機(jī)與變速器之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，其功用是能夠在必要時(shí)中斷動(dòng)力的傳遞，保證汽車平穩(wěn)地起步；保證傳動(dòng)系換檔時(shí)工作平穩(wěn)；限制傳動(dòng)系所能承受的最大扭矩，防止傳動(dòng)系過載。為使離合器起到以上幾個(gè)作用，目前汽車上廣泛采用彈簧壓緊的摩擦式離合器，摩擦離合器所能傳遞的最大扭矩取決于摩擦面1間的工作壓緊力和摩擦片的尺寸以及摩擦面的表面狀況等。即主要取決于離合器基本參數(shù)和主要尺寸。膜片彈簧離合器在技術(shù)上比較先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)性合理，同時(shí)其性能良好，使用壽命長，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，操作輕便，在保證可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩的前提下，有以下優(yōu)點(diǎn) 2 ：（ 1）結(jié)合時(shí)平順、柔和，保證汽車起步平穩(wěn)；（ 2）離合器分離徹底；（ 3）從動(dòng)部分慣量小，以減輕換檔時(shí)齒輪副的沖擊；（ 4）散熱性能好；（ 5）大大簡化并顯著地縮短了離合器的軸間尺寸；（ 6）避免汽車傳動(dòng)系共振，具有吸收震動(dòng)、沖擊和減小噪聲能力；（ 7）操縱輕便；（ 8）工作性能（最大摩擦力矩 Te max 和后備系數(shù) ）保持穩(wěn)定；（ 9）使用壽命長。離合器的功用離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸接合， 保證汽車平穩(wěn)起步。 如前所述，現(xiàn)代車用活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)不能帶負(fù)荷啟動(dòng)，它必須先在空負(fù)荷下啟動(dòng)，然后再逐漸加載。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，得以穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的最低轉(zhuǎn)速約為 300500r/min ，而汽車則只能由靜止開始起步，一個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)著的發(fā)動(dòng)機(jī)，要帶一個(gè)靜止的傳動(dòng)系，是不能突然剛性接合的。因?yàn)槿绻峭蝗坏膭傂赃B接，就必然造成不是汽車猛烈攢動(dòng)，就是發(fā)動(dòng)機(jī)熄火。所以離合器可使發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系逐漸地柔和地接合在一起，使發(fā)動(dòng)機(jī)加給傳動(dòng)系的扭矩逐漸變大，至足以克服行駛阻力時(shí)，汽車便由靜止開始緩慢地平穩(wěn)起步了。雖然利用變速器的空檔，也可以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系的分離。但變速器在空檔位置時(shí)，變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪和發(fā)動(dòng)機(jī)還是連接的，要轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，就必須和變速器內(nèi)的主動(dòng)齒輪一起拖轉(zhuǎn)，而變速器內(nèi)的齒輪浸在黏度較大的齒輪油中， 拖轉(zhuǎn)它的阻力是很大的。尤其在寒冷季節(jié)，如沒有離合器來分離發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)是很困難的。所以離合器的第二個(gè)功用，就是暫時(shí)分開發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系的聯(lián)系，以便于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)4。汽車行駛中變速器要經(jīng)常變換檔位，即變速器內(nèi)的齒輪副要經(jīng)常脫開嚙合和進(jìn)入嚙合。如在脫檔時(shí)，由于原來嚙合的齒面壓力的存在，可能使脫檔困難，但如用離合器暫時(shí)分離傳動(dòng)系，即能便利脫檔。同時(shí)在掛檔時(shí)，依靠駕駛員掌握，使待嚙合的齒輪副圓周速度達(dá)到同步是較為困難的， 待嚙合齒輪副圓周速度的差異將會造成掛檔沖擊甚至掛不上檔，此時(shí)又需要離合器暫時(shí)分開傳動(dòng)系， 以便使與離合器主動(dòng)齒輪聯(lián)結(jié)的質(zhì)量減小，2這樣即可以減少掛擋沖擊以便利換檔。離合器所能傳遞的最大扭矩是有一定限制的，在汽車緊急制動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)系受到很大的慣性負(fù)荷，此時(shí)由于離合器自動(dòng)打滑，可避免傳動(dòng)系零件超載損壞，起保護(hù)作用?，F(xiàn)代汽車離合器應(yīng)滿足的要求根據(jù)離合器的功用，它應(yīng)滿足下列主要要求5 ：（ 1）能在任何行駛情況下， 可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩。 為此，離合器的摩擦力矩（ Tc ）應(yīng)大于發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩（ Tem ax ）；（ 2）接合平順、柔和。即要求離合器所傳遞的扭矩能緩和地增加， 以免汽車起步?jīng)_撞或抖動(dòng)；（ 3）分離迅速、徹底。換檔時(shí)若離合器分離不徹底， 則飛輪上的力矩繼續(xù)有一部分傳入變速器，會使換檔困難，引起齒輪的沖擊響聲；（ 4）從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小。 離合器分離時(shí)， 和變速器主動(dòng)齒輪相連接的質(zhì)量就只有離合器的從動(dòng)盤。減小從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，換檔時(shí)的沖擊即降低；（ 5）具有吸收振動(dòng)、噪聲和沖擊的能力；（ 6）散熱良好，以免摩擦零件因溫度過高而燒裂或因摩擦系數(shù)下降而打滑；（ 7）操縱輕便，以減少駕駛員的疲勞。 尤其是對城市行駛的轎車和公共汽車， 非常重要；（ 8）摩擦式離合器， 摩擦襯面要耐高溫、 耐磨損，襯面磨損在一定范圍內(nèi)， 要能通過調(diào)整，使離合器正常工作。離合器工作原理如圖 1.1 所示，摩擦離合器一般是由主動(dòng)部分、從動(dòng)部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。離合器在接合狀態(tài)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩自曲軸傳出，通過飛輪2 和壓盤借摩擦作用傳給從動(dòng)盤 3，最后通過從動(dòng)軸傳給變速器。當(dāng)駕駛員踩下踏板時(shí)，通過拉桿，分離叉、分離套筒和分離軸承8，將分離杠桿的內(nèi)端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋5 上的支柱為支點(diǎn)，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動(dòng)壓盤向左，這樣，從動(dòng)盤 3 兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當(dāng)放開踏板，回位彈簧克服各拉桿接頭和支承中的摩擦力，使踏板返回原位。此時(shí)壓緊彈簧就推動(dòng)壓盤向右，仍將從動(dòng)盤3 壓緊在飛輪上 2，這樣發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩又傳入變速器 7。31-軸承2-飛輪3-從動(dòng)盤4-壓盤5-離合器蓋螺栓6-離合器蓋7-膜片彈簧8-分離軸承9-軸圖 1.1離合器總成拉式膜片彈簧離合器的優(yōu)點(diǎn)與推式相比，拉式膜片彈簧離合器具有許多優(yōu)點(diǎn)：取消了中間支承各零件，并不用支承環(huán)或只用一個(gè)支承環(huán)，使其結(jié)構(gòu)更簡單、緊湊，零件數(shù)目更少，質(zhì)量更少；所謂拉式膜片彈簧，其特征是膜片彈簧和壓盤上安裝有彈性圓柱銷，壓盤、離合器蓋和傳動(dòng)片的一端由限位裝置安裝在一起，從動(dòng)盤總成的從動(dòng)盤為三片從動(dòng)盤依次疊加安裝在一起；拉式離合器壓緊模塊的壓盤上均勻設(shè)有散熱筋。提高了壓緊力與傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，且并不增大踏板力，在傳遞相同的轉(zhuǎn)矩時(shí)，可采用尺寸較小的結(jié)構(gòu)；在接合或分離狀態(tài)下，離合器蓋的變形量小，剛度大，分離效率更高；拉式的杠桿比大于推式的杠桿比，且中間支承減少了摩擦損失，傳動(dòng)效率較高，踏板操縱更輕便，拉式的踏板力比推式的一般可減少約 25% 30% ；無論在接合狀態(tài)或分離狀態(tài)， 拉式結(jié)構(gòu)的膜片彈簧大端與離合器蓋支承始終保持接觸，在支承環(huán)磨損后不會形成間隙而增大踏板自由行程，不會產(chǎn)生沖擊聲；使用壽命更長 10 。第 2 章離合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 離合器種類選擇4離合器有摩擦式，電磁式，液力式三種類型。離合器大都根據(jù)摩擦原理設(shè)計(jì)的。摩擦式應(yīng)用廣泛。摩擦式工作表面形狀包括錐形、鼓形和盤形，錐形和鼓形的缺點(diǎn)是其從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太大，引起變速器換檔困難，且結(jié)合不夠柔和，易卡住。故選擇盤形摩擦式離合器2.2 從動(dòng)盤數(shù)選擇單片離合器結(jié)構(gòu)簡單， 尺寸緊湊，散熱良好，維修調(diào)整方便，從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，在使用時(shí)能保證分離徹底、接合平順。對于 1260kg 的轎車，本次設(shè)計(jì)選擇單片離合器2.3 壓緊彈簧和布置形式選擇離合器壓緊裝置可分為周布彈簧式、中央彈簧式、斜置彈簧式、膜片彈簧式等。其中膜片彈簧的主要特點(diǎn)是用一個(gè)膜片彈簧代替螺旋彈簧和分離杠桿。膜片彈簧與其他幾類相比又有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)9 ：（ 1）由于膜片彈簧有理想的非線性特征 , 彈簧壓力在摩擦片磨損范圍內(nèi)能保證大致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉(zhuǎn)矩的能力不變。當(dāng)離合器分離時(shí)，彈簧壓力不像圓柱彈簧那樣升高，而是降低，從而降低踏板力；（ 2）膜片彈簧有壓緊彈簧和分離杠桿的作用， 使結(jié)構(gòu)簡單緊湊， 軸向尺寸小， 零件數(shù)目少，質(zhì)量小；（ 3）高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；而圓柱彈簧壓緊力明顯下降；（ 4）由于膜片彈簧大斷面環(huán)形與壓盤接觸， 故其壓力分布均勻， 摩擦片磨損均勻，可提高使用壽命；（ 5）易于實(shí)現(xiàn)良好的通風(fēng)散熱，使用壽命長；（ 6）平衡性好；（ 7）有利于大批量生產(chǎn)，降低制造成本。但膜片彈簧的制造工藝較復(fù)雜，對材料質(zhì)量和尺寸精度要求高，其非線性特性在生產(chǎn)中不易控制，開口處容易產(chǎn)生裂紋，端部容易磨損。近年來，由于材料性能的提高，制造工藝和設(shè)計(jì)方法的逐步完善，膜片彈簧的制造已日趨成熟。因此，我選用膜片彈簧式離合器。2.4 壓盤驅(qū)動(dòng)形式選擇由于傳統(tǒng)的凸臺式連接方式、鍵式連接方式、銷式連接方式存在傳力處之間有間隙的缺點(diǎn)，故選擇已被廣泛采用的傳力片傳動(dòng)方式，簡化了壓盤的結(jié)構(gòu)，有利于壓盤的定5中。為了改善傳力片的受力狀況，它們沿圓周切向布置，一般有34 組，每組 34 個(gè)彈性薄片組成，片厚一般為1 1.2mm。但它們的正反向特性不相同。故選擇傳動(dòng)片式。2.5 扭轉(zhuǎn)減震器它能降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率，增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振，控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器的扭振與噪聲，緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷和改善離合器的接合平順性。故要有扭轉(zhuǎn)減振器。2.6 設(shè)計(jì)要求及其技術(shù)參數(shù)基本要求 8 ：（ 1） 在任何行駛條件下，既能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，并有適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)矩儲備，又能防止過載。（ 2） 接合時(shí)要完全、平順、柔和，保證起初起步時(shí)沒有抖動(dòng)和沖擊。（ 3） 分離時(shí)要迅速、徹底。（ 4） 從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小，以減輕換檔時(shí)變速器齒輪間的沖擊，便于換檔和減小同步器的磨損。（ 5） 應(yīng)有足夠的吸熱能力和良好的通風(fēng)效果，以保證工作溫度不致過高，延長壽命。（ 6） 操縱方便、準(zhǔn)確，以減少駕駛員的疲勞。（ 7） 具有足夠的強(qiáng)度和良好的動(dòng)平衡，一保證其工作可靠、使用壽命長。技術(shù)參數(shù):車型：日產(chǎn)軒逸1.6XV整車 質(zhì)量 （ kg ）： 1260最 大扭 矩 / 轉(zhuǎn)速 （ N· m/rpm ）： 189/4400主減速比：4.072一檔速比：4.832滾動(dòng) 半徑 ： 320mm第 3 章離合器主要參數(shù)的選擇3.1 后備系數(shù)后備系數(shù)是離合器設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)6矩的可靠程度。在選擇時(shí)，應(yīng)保證離合器仍能可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩、防止離合器滑磨時(shí)間過長、防止傳動(dòng)系過載以及操縱輕便等因素。乘用車選擇：1.20 1.75，本次設(shè)計(jì)取= 1.2 。3.2 摩擦因數(shù) f 、摩擦面數(shù) Z 和離合器間隙 t摩擦片的摩擦因數(shù)f 取決于摩擦片所用的材料及其工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。摩擦因數(shù)f 的取值范圍見下表。表 3-1 摩擦材料的摩擦因數(shù)f 的取值范圍摩擦材料摩擦因數(shù) f模壓0.20 0.25石棉基材料編織0.25 0.35銅基0.25 0.35粉末冶金材料0.35 0.50鐵基金屬陶瓷材料0.70 1.50本次設(shè)計(jì)取 f = 0.30。摩擦面數(shù) Z 為離合器從動(dòng)盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小及其結(jié)構(gòu)尺寸。本次設(shè)計(jì)取單片離合器Z=2。離合器間隙 t 是指離合器處于正常結(jié)合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時(shí)，為保證摩擦片正常磨損過程中離合器仍能完全結(jié)合，在分離軸承和分離杠桿內(nèi)端之間留有的間隙。該間隙t 一般為 34mm。本次設(shè)計(jì)取 t =3 mm 。3.3 單位壓力 p 0單位壓力 p 0 決定了摩擦表面的耐磨性，對離合器工作性能和使用壽命有很大影響，選取時(shí)應(yīng)考慮離合器的工作條件、發(fā)動(dòng)機(jī)后備功率的大小、摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。p 0 取值范圍見表 3-2 。表 3-2摩擦片單位壓力p 0 的取值范圍摩擦片材料單位壓力 p 0 /Mpa石棉基材料模壓0.15 0.257編織0.25 0.35銅基粉末冶金材料0.35 0.50鐵基金屬陶瓷材料0.70 1.50p 0 選擇： 0.10 MPa p 0 1.50 MPa，本次設(shè)計(jì)取 p 0 = 0.3MPa 。3.4 摩擦片外徑 D、內(nèi)徑 d 和厚度 b摩擦片外徑是離合器的重要參數(shù)，它對離合器的輪廓尺寸、質(zhì)量和使用壽命有決定性的影響。12 Te maxD = 3188mm fZp 0 (1c3 )取 D =225 mm當(dāng)摩擦片外徑D確定后，摩擦片內(nèi)徑d 可根據(jù) d/D 在 0.53 0.70 之間來確定。取 c = d/D = 0.667，d = 0.667D = 150.075 mm，取 d = 150mm摩擦片厚度 b 主要有 3.2 mm、 3.5 mm、4.0 mm 三種。取 b = 3.5 mm。T c = T emax = 1.2189 = 227 N.m第 4 章離合器的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 離合器基本參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)離合器要確定離合器的性能參數(shù)和尺寸參數(shù)，這些參數(shù)的變化直接影響離合器的工作性能和結(jié)構(gòu)尺寸。這些參數(shù)的確定在前面是采用先初選、后校核的方法。下面采用優(yōu)化的方法來確定這些參數(shù) 13 。（1）摩擦片外徑D（mm）的選取應(yīng)使最大圓周速度v D 不超過 6570m/s，即nDv D =emax10 3 =4400 225 10 3 =51.81m/s 6570m/s6060符合要求。式中 , vD為摩擦片最大圓周速度 (m/s);nemax 為發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速 (r/min)。（2）摩擦片的內(nèi)、外徑比c 應(yīng)在 0.53 0.70 范圍內(nèi)，本次設(shè)計(jì)取 c = 0.667。8（3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，并防止傳動(dòng)系過載，不同的車型的值應(yīng)在一定范圍內(nèi)，最大范圍為1.2 4.0，本次設(shè)計(jì)取 = 1.20。（4）為了保證扭轉(zhuǎn)減振器的安裝，摩擦片內(nèi)徑d 必須大于減振器彈簧位置直徑2R0約 50mm，即 d > 2R 0 + 50 mm（5）為降低離合器滑磨時(shí)的熱負(fù)荷, 防止摩擦片損傷 , 對于不同車型 , 單位壓力 p 0 根據(jù)所用的摩擦材料在一定范圍內(nèi)選取， p 0 的最大范圍為 0.10 1.50 Mpa 。本次設(shè)計(jì)取 p 0= 0.3 MPa 。（6）為了減少汽車起步過程中離合器的滑磨，防止摩擦片表面溫度過高而發(fā)生燒傷，離合器每一次結(jié)合的單位摩擦面積滑磨功w應(yīng)小于其許用值 w 。汽車起步時(shí)離合器結(jié)合一次所產(chǎn)生的總滑磨功(J) 為：2n e2(m a rr2) = 7522.1(J)W =i 02i g21800式中， ma為汽車總質(zhì)量 (kg) ； r r 為輪胎滾動(dòng)半徑 (m) ； i g 為汽車起步時(shí)所用變速器檔位的傳動(dòng)比； i 0 為主減速器傳動(dòng)比； n e 為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min) ；乘用車 n e 取2000 r/min 。w =4W=4 * 7522.1= 0.17< w = 0.4 J/mm2 Z ( D 2d 2 )3.14 * 2 * (225 * 225 150 * 150)滿足要求4.2 膜片彈簧的彈性特性曲線膜片彈簧特性曲線4.3 膜片彈簧基本參數(shù)的選擇4（ 1）比值 H/h 和 h的選擇為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h 一般為1.5 2.0，板厚 h為 24 mm 。9取 h =3 mm ， H/h =1.5 ，即 H =1.5h =4.5mm 。（ 2） R/r 比值和 r 的選擇研究表明。 R/r 越大，彈簧材料利用率越低，彈簧越硬，彈性特性曲受直徑誤差的影響越大，且應(yīng)力越高。根據(jù)結(jié)構(gòu)布置和壓緊力的要求。R/r 一般為 1.20 1.35 。為使摩擦片上的壓力分布較均勻，拉式膜片彈簧的r 值宜為大于或等于R c。即R=摩擦片外徑 120取 R/r = 1.2， r = R /1.2 =100mm。（ 3）的選擇膜片彈簧自由狀態(tài)下圓錐角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，一般在9° 15°范圍內(nèi)。 = arctan H/(R-r) = 12.68°，符合要求。（ 4）分離指數(shù)目n 的選取分離指數(shù)目 n 常取 18，大尺寸膜片彈簧可取24，小尺寸膜片彈簧可取12 。取分離之?dāng)?shù)目 n =18 。（ 5）膜片彈簧小段內(nèi)半徑r 0 及分離軸承作用半徑r f 的確定r 0 由離合器的結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第一軸花鍵的外徑。r f 應(yīng)大于 r0 。r0 = 28mmrf =30mm（ 6）切槽寬度 1、2及半徑 r e的確定 1= 3.2 3.5 mm，2= 9 10 mm，r e 的取值應(yīng)滿足 r - r e 2 。本次設(shè)計(jì)取 1 = 3.2 mm ， 2 = 9 mm ，r e r - 2 = 91 mm 。（ 7）壓盤加載點(diǎn)半徑 R1和支承環(huán)加載點(diǎn)半徑r 1 的確定R1=118mmr 1=102mm4.4 膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)膜片彈簧的優(yōu)化設(shè)計(jì)就是要確定一組彈簧的基本參數(shù)，使其彈性特性滿足離合器的使用性能要求，而且彈簧強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)要求，以達(dá)到最佳的綜合效果9 。（ 1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的H/h 與初始底錐角 H/(R-r) 應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即1.6 H/h = 1.5 2.29° H/(R-r)= 12.68° 15 °10（ 2）彈簧各部分有關(guān)尺寸的比值應(yīng)符合一定的范圍，即1.20 R/r=1.20 1.3702 R/h=801003.5R/ r 0=4.35.0（ 3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，拉式膜片彈簧的壓盤加載點(diǎn)半徑r 1應(yīng)位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即(D+d)/4r 1=102 D/2（ 4）根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)布置要求，1f0之差應(yīng)在一定范圍內(nèi)，即R與 R，r與 r1 R-R1= 2 70 r f -r 0 = 2 4（ 5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，因此其杠桿比應(yīng)在一定范圍內(nèi)選取，即3.5 R1r f = 5.5 9.0R1r1第 5 章主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)扭轉(zhuǎn)減振器的概述扭轉(zhuǎn)減振器主要由彈性元件( 減振彈簧或橡膠 ) 和阻尼元件 ( 阻尼片 ) 等組成。彈性元件的主要作用是降低傳動(dòng)系的首段扭轉(zhuǎn)剛度，從而降低傳動(dòng)系扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的某階( 通常為三階 ) 固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避開由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩主諧量激勵(lì)引起的共振；阻尼元件的主要作用是有效地耗散振動(dòng)能量。因此，扭轉(zhuǎn)減振器具有如下功能：（ 1）降低發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸與傳動(dòng)系接合部分的扭轉(zhuǎn)剛度，調(diào)諧傳動(dòng)系扭振固有頻率。（2）增加傳動(dòng)系扭振阻尼，抑制扭轉(zhuǎn)共振響應(yīng)振幅，并衰減因沖擊而產(chǎn)生的瞬態(tài)扭振。（ 3）控制動(dòng)力傳動(dòng)系總成怠速時(shí)離合器與變速器軸系的扭振，消減變速器怠速噪聲和主減速器與變速器的扭振及噪聲。11（4）緩和非穩(wěn)定工況下傳動(dòng)系的扭轉(zhuǎn)沖擊載荷，改善離合器的接合平順性。減振器的扭轉(zhuǎn)剛度k和阻尼摩擦元件間的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T是兩個(gè)主要參數(shù)，決定了減振器的減震效果。其設(shè)計(jì)參數(shù)還包括極限轉(zhuǎn)矩T j 、預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 T n 和極限轉(zhuǎn)角j等。扭轉(zhuǎn)減振器的設(shè)計(jì)（1）極限轉(zhuǎn)矩 T j極限轉(zhuǎn)矩是指減振器在消除了限位銷與從動(dòng)盤轂缺口之間的間隙1 時(shí)所能傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，即限位銷起作用時(shí)的轉(zhuǎn)矩。它受限于減振彈簧的許用應(yīng)力等因素，與發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩有關(guān)，一般可取T j = (1.52.0) Temax一般乘用車：系數(shù)取2.0即 T j = 2 T emax = 378N·m（2）扭轉(zhuǎn)角剛度K 13T j =13× 378=4914（3）阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩 T由于減振器扭轉(zhuǎn)剛度k 受結(jié)構(gòu)及發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的限制，不可能很低，故為了在發(fā)動(dòng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)最有效地消振，必須合理選擇減振器阻尼裝置的阻尼摩擦轉(zhuǎn)矩T。一般可按下式初選： T=(0.06 0.17)T emax取 T = 0.1T emax = 18.9N· m（4）預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 Tn減振彈簧在安裝時(shí)都有一定的預(yù)緊。研究表明，T n 增加，共振頻率將向減小頻率的方向移動(dòng)，這是有利的。但是T n 不應(yīng)大于 T，否則在反向工作時(shí)，扭轉(zhuǎn)減振器將提前停止工作，故取T n = (0.05 0.15)T emax取 T n = 0.1T emax =18.9N· m（5）減振彈簧的位置半徑R0R0 的尺寸應(yīng)盡可能大些，一般取R 0 =(0.60 0.75)d/2R0 = 0.60d/2 = 45 mm（6）減振彈簧個(gè)數(shù)Z jZ j 參照表 6-1 選取。12表 5-1減振彈簧個(gè)數(shù)的選取摩擦片外徑 D/mm225250250 325325 350>350Z j466 88 10>10摩擦片外徑 D = 225mm，選取 Z j =4（7）減振彈簧總壓力F當(dāng)限位銷與從動(dòng)盤轂之間的間隙 1 或 2 被消除，減震彈簧傳遞的轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值 T j 時(shí)，減震彈簧受到的壓力 F 為F= T j /R 0 = 378000Nmm/45 = 8400 N（8）極限轉(zhuǎn)角j本次設(shè)計(jì)j 取 10°。5.2 從動(dòng)盤總成的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤轂從動(dòng)盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動(dòng)機(jī)傳來的全部轉(zhuǎn)矩。動(dòng)盤本體和減振器盤又通過六個(gè)減振器彈簧把轉(zhuǎn)矩傳給了從動(dòng)盤轂。因?yàn)橛袕椥原h(huán)節(jié)的作用，所以傳動(dòng)系受的轉(zhuǎn)動(dòng)沖擊可以在此得到緩和。傳動(dòng)系中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會使從動(dòng)盤轂相對于動(dòng)盤本體和減振器盤來回轉(zhuǎn)動(dòng)，夾在它們之間的阻尼片靠摩擦消耗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的能量，將扭轉(zhuǎn)振動(dòng)衰減下來 6 。它一般采用齒側(cè)對中的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的遲鈍可根據(jù)摩擦片的外徑 D與發(fā)動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Te m ax 由表 3-1 選取。表 5-2從動(dòng)盤轂花鍵的尺寸摩擦片外發(fā)動(dòng)機(jī)最大花鍵尺寸擠壓應(yīng)力徑 D/mm轉(zhuǎn) 矩 T em ax齒數(shù) n外徑內(nèi)徑齒厚有效齒長c /MPa/(N · m)D /mmd /mmt/mml/mm160491023183209.81806910262132011.620010810292342511.122514710322643011.31325019610352843510.228027510353244012.530030410403254010.5本次設(shè)計(jì) D = 225mm ，Te m ax = 189 N · m 故選擇花鍵類型為：摩 擦片發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)花鍵尺寸擠壓應(yīng)力外徑矩T e max齒數(shù) n外徑內(nèi)徑齒厚有 效 齒c /MPaD/mm/(N · m)D /mmd /mmt/mm長 l/mm22518910322643011.3從動(dòng)片的設(shè)計(jì)從動(dòng)盤對離合器工作性能影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足如下要求5 ：（ 1) 從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換擋時(shí)輪齒間的沖擊。（ 2) 從動(dòng)盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器結(jié)合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，以減小磨損。（ 3) 應(yīng)安裝扭轉(zhuǎn)減振器，以避免傳動(dòng)系共振，并緩和沖擊。摩擦片的設(shè)計(jì)摩擦片應(yīng)滿足以下要求：（ 1) 摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要?。?2) 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度與耐磨性（ 3) 密度要小，以減少從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。（ 4) 熱穩(wěn)定性要好（ 5) 磨合性要好，不至刮傷飛輪和壓盤表面5.3 離合器蓋總成的設(shè)計(jì)離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求6 ：（ 1) 應(yīng)具有足夠的剛度，否則影響離合器的工作特性，增大操縱時(shí)的分離行程，減小壓盤升程，嚴(yán)重時(shí)使摩擦面不能徹底分離。（ 2) 應(yīng)與飛輪保持良好的對中，以免影響總成的平衡和正常的工作。14（ 3) 蓋的膜片彈簧支承處應(yīng)具有高的尺寸精度。（ 4) 為了便于通風(fēng)散熱，防止摩擦表面溫度過高，可在離合器蓋上開較大的通風(fēng)窗孔，或在蓋上加設(shè)通風(fēng)扇片等。乘用車離合器蓋一般用 08、10 鋼等低碳鋼板。壓盤的設(shè)計(jì)對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求 10 :（ 1) 壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量 , 以增大熱容量， 減小溫度，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎， 有時(shí)可設(shè)置各種形狀的散熱筋或鼓風(fēng)筋，以幫助散熱通風(fēng)。中間壓盤可鑄出通風(fēng)槽，也可以采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。（ 2) 壓盤應(yīng)具有較大剛度， 使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減小受熱后的翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及與離合器的徹底分離，厚度約為1525 mm 。（ 3) 與飛輪應(yīng)保持良好的對中，并要進(jìn)行靜平衡，壓盤單件的平衡精度應(yīng)不低于1520 g ·cm 。（ 4) 壓盤高度 ( 從承壓點(diǎn)到摩擦面的距離 ) 公差要小。壓盤形狀較復(fù)雜，要求傳熱性好，具有較高的摩擦因數(shù)，通常采用灰鑄鐵，一般采用 HT200、HT250、 HT300，硬度為 170 227HBS。5.4 壓盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選擇t =W =0.57522.1mcm481.4m取 3.5kg帶入 t = 2.3，所以符合要求式中， t 為壓盤溫升 ( ), 不超過 810； c 為壓盤的比熱容，鑄鐵：c=481.4J/(kg · ) ； m為壓盤質(zhì)量 (kg) ；為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤.結(jié) 論本設(shè)計(jì)根據(jù)給出的設(shè)計(jì)要求和原始設(shè)計(jì)參數(shù)，以及拉式膜片彈簧離合器及其操縱機(jī)構(gòu)的工作原理和使用要求，通過對其工作原理的闡述、結(jié)構(gòu)方案的比較和選擇、相15關(guān)零件參數(shù)的計(jì)算， 大致確定了離合器及其操縱機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)和主要尺寸以及制造相關(guān)零部件所用的材料。結(jié)構(gòu)方面：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮到使用條件和其顯著的優(yōu)點(diǎn)，選用帶扭轉(zhuǎn)減振器的單片拉式膜片彈簧離合器。計(jì)算方面：確定了離合器的主要參數(shù)，P0,D,d ，結(jié)果按照基本公式運(yùn)算得出并通過約束條件，檢驗(yàn)合格。根據(jù)膜片彈簧基本參數(shù)之間的約束關(guān)系，初步確定了膜片彈簧的尺寸參數(shù)，并通過優(yōu)化程序得出了膜片彈簧尺寸的優(yōu)化值，并進(jìn)一步確定了膜片彈簧的工作點(diǎn)，同時(shí)進(jìn)行了強(qiáng)度校核。確定了扭轉(zhuǎn)減振器和變速器的主要尺寸。選材方面：摩擦片選用編織石棉基材料， 保證其有足夠的強(qiáng)度和耐磨性、 熱穩(wěn)定性、磨合性，不會發(fā)生粘著現(xiàn)象。 膜片彈簧采用 65Si2MnA，其中所含硅成分提高了機(jī)件的彈性，所含錳，加強(qiáng)了耐高溫性；傳動(dòng)片采用80 剛，滿足其強(qiáng)度需要；壓盤采用HT200，提高了耐磨性；離合器蓋從用鑄鐵，提高了散熱能力。綜上所述，本次設(shè)計(jì)遵從了： （1）分離徹底；（2）接合柔和；（3）操縱輕便，工作特征穩(wěn)定；（4）從動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，數(shù)據(jù)全部通過約束條件檢驗(yàn)，原件所使用的材料基本上符合耐磨，耐壓和耐高溫的要求，而且離合器尺寸合適，適宜安裝，能最高效率傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩，符合計(jì)劃書及國家標(biāo)準(zhǔn)。由于水平有限，我在設(shè)計(jì)中不免出現(xiàn)偏頗和錯(cuò)誤，希望老師批評指正。16