沈陽理工大學應(yīng)用技術(shù)學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄第1章 緒論.1 1.1 引言.11.2 離合器的發(fā)展.21.3 膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點.21.4 設(shè)計內(nèi)容41.5 Pro/E軟件的特點.4第2章 方案論證.52.1 離合器車型的選定.52.2 方案選擇.5第3章 設(shè)計計算及參數(shù)的選擇. 63.1 離合器主要參數(shù)的選擇.63.2 膜片彈簧設(shè)計.93.3 離合器蓋總成設(shè)計.133.4 離合器主要零件的設(shè)計計算.15致謝.19參考文獻.20第1章 緒論1.1引言以內(nèi)燃機在作為動力的機械傳動汽車中，離合器是作為一個獨立的總成而存在的。離合器通常裝在發(fā)動機與變速器之間，其主動部分與發(fā)動機飛輪相連，從動部分與變速器相連。為各類型汽車所廣泛采用的摩擦離合器，實際上是一種依靠其主、從動部分間的摩擦來傳遞動力且能分離的機構(gòu)。離合器的主要功用是切斷和實現(xiàn)發(fā)動機與傳動系平順的接合，確保汽車平穩(wěn)起步；在換擋時將發(fā)動機與傳動系分離，減少變速器中換檔齒輪間的沖擊；在工作中受到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉(zhuǎn)矩，以防止傳動系個零部件因過載而損壞；有效地降低傳動系中的振動和噪音。1.2離合器的發(fā)展在早期研發(fā)的離合器結(jié)構(gòu)中，錐形離合器最為成功。它的原型設(shè)計曾裝在1889年德國戴姆勒公司生產(chǎn)的鋼制車輪的小汽車上。它是將發(fā)動機飛輪的內(nèi)孔做成錐體作為離合器的主動件。采用錐形離合器的方案一直延續(xù)到20世紀20年代中葉，對當時來說，錐形離合器的制造比較簡單，摩擦面容易修復(fù)。它的摩擦材料曾用過駱毛帶、皮革帶等。那時曾出現(xiàn)過蹄-鼓式離合器，其結(jié)構(gòu)有利于在離心力作用下使蹄緊貼鼓面。蹄-鼓式離合器用的摩擦元件是木塊、皮革帶等，蹄-鼓式離合器的重量較錐形離合器輕。無論錐形離合器或蹄-鼓式離合器，都容易造成分離不徹底甚至出現(xiàn)主、從動件根本無法分離的自鎖現(xiàn)象?，F(xiàn)今所用的盤式離合器的先驅(qū)是多片盤式離合器，它是直到1925年以后才出現(xiàn)的。多片離合器最主要的優(yōu)點是，汽車起步時離合器的接合比較平順，無沖擊。早期的設(shè)計中，多片按成對布置設(shè)計，一個鋼盤片對著一青銅盤片。采用純粹的金屬的摩擦副，把它們浸在油中工作，能達到更為滿意的性能。浸在油中的盤片式離合器，盤子直徑不能太大，以避免在高速時把油甩掉。此外，油也容易把金屬盤片粘住，不易分離。但畢竟還是優(yōu)點大于缺點。因為在當時，許多其他離合器還在原創(chuàng)階段，性能很不穩(wěn)定。石棉基摩擦材料的引入和改進，使得盤片式離合器可以傳遞更大的轉(zhuǎn)矩，能耐受更高的溫度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可用較小的摩擦面積，因而可以減少摩擦片數(shù)，這是由多片離合器向單片離合器轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。20世紀20年代末，直到進入30年代時，只有工程車輛、賽車和大功率的轎車上才使用多片離合器。早期的單片干式離合器由與錐形離合器相似的問題，即離合器接合時不夠平順。但是，由于單片干式離合器結(jié)構(gòu)緊湊，散熱良好，轉(zhuǎn)動慣量小，所以以內(nèi)燃機為動力的汽車經(jīng)常采用它，尤其是成功地開發(fā)了價格便宜的沖壓件離合器蓋以后更是如此。實際上早在1920年就出現(xiàn)了單片干式離合器，這和前面提到的發(fā)明了石棉基的摩擦面片有關(guān)。但在那時相當一段時間內(nèi)，由于技術(shù)設(shè)計上的缺陷，造成了單片離合器在接合時不夠平順的問題。第一次世界大戰(zhàn)后初期，單片離合器的從動盤金屬片上是沒有摩擦面片的，摩擦面片是貼附在主動件飛輪和壓盤上的，彈簧布置在中央，通過杠桿放大后作用在壓盤上。后來改用多個直徑較小的彈簧，沿著圓周布置直接壓在壓盤上，成為現(xiàn)今最為通用的螺旋彈簧布置方法。這種布置在設(shè)計上帶來了實實在在的好處，使壓盤上的彈簧的工作壓力分布更均勻，并減小了軸向尺寸。多年的實踐經(jīng)驗和技術(shù)上的改進使人們逐漸趨向于首選單片干式摩擦離合器，因為它具有從動部分轉(zhuǎn)動慣量小、散熱性好、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便、尺寸緊湊、分離徹底等優(yōu)點，而且由于在結(jié)構(gòu)上采取一定措施，已能做到接合盤式平順，因此現(xiàn)在廣泛采用于大、中、小各類車型中。如今單片干式離合器在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面相當完善。采用具有軸向彈性的從動盤，提高了離合器的接合平順性。離合器從動盤總成中裝有扭轉(zhuǎn)減振器，防止了傳動系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)共振，減小了傳動系統(tǒng)噪聲和載荷。隨著人們對汽車舒適性要求的提高，離合器已在原有基礎(chǔ)上得到不斷改進，乘用車上愈來愈多地采用具有雙質(zhì)量飛輪的扭轉(zhuǎn)減振器，能更好地降低傳動系的噪聲。對于重型離合器，由于商用車趨于大型化，發(fā)動機功率不斷加大，但離合器允許加大尺寸的空間有限，離合器的使用條件日酷一日，增加離合器傳扭能力，提高使用壽命，簡化操作，已成為重型離合器當前的發(fā)展趨勢。為了提高離合器的傳扭能力，在重型汽車上可采用雙片干式離合器。從理論上講，在相同的徑向尺寸下，雙片離合器的傳扭能力和使用壽命是單片的2倍。但受到其他客觀因素的影響，實際的效果要比理論值低一些。近年來濕式離合器在技術(shù)上不斷改進，在國外某些重型車上又開始采用多片濕式離合器。與干式離合器相比，由于用油泵進行強制冷卻的結(jié)果，摩擦表面溫度較低(不超過93)，因此，起步時長時間打滑也不致燒損摩擦片。查閱國內(nèi)外資料獲知，這種離合器的使用壽命可達干式離合器的5-6倍，但濕式離合器優(yōu)點的發(fā)揮是一定要在某溫度范圍內(nèi)才能實現(xiàn)的，超過這一溫度范圍將起負面效應(yīng)。目前此技術(shù)尚不夠完善。1.3膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點1.3.1膜片彈簧離合器的結(jié)構(gòu)膜片彈簧離合總成由膜片彈簧、離合器蓋、壓盤、傳動片和分離軸承總成等部分組成。1、離合器蓋離合器蓋一般為120或90旋轉(zhuǎn)對稱的板殼沖壓結(jié)構(gòu)，通過螺栓與飛輪聯(lián)結(jié)在一起。離合器蓋是離合器中結(jié)構(gòu)形狀比較復(fù)雜的承載構(gòu)件，壓緊彈簧的壓緊力最終都要由它來承受。2、膜片彈簧膜片彈簧是離合器中重要的壓緊元件，在其內(nèi)孔圓周表面上開有許多均布的長徑向槽，在槽的根部制成較大的長圓形或矩形窗孔，可以穿過支承鉚釘，這部分稱之為分離指；從窗孔底部至彈簧外圓周的部分形狀像一個無底寬邊碟子，其截面為截圓錐形，稱之為碟簧部分。3、壓盤壓盤的結(jié)構(gòu)一般是環(huán)形盤狀鑄件，離合器通過壓盤與發(fā)動機緊密相連。壓盤靠近外圓周處有斷續(xù)的環(huán)狀支承凸臺，最外緣均布有三個或四個傳力凸耳。4、傳動片離合器接合時，飛輪驅(qū)動離合器蓋帶動壓盤一起轉(zhuǎn)動，并通過壓盤與從動盤摩擦片之間的摩擦力使從動盤轉(zhuǎn)動；在離合器分離時，壓盤相對于離合器蓋作自由軸向移動，使從動盤松開。這些動作均由傳動片完成。傳動片的兩端分別與離合器蓋和壓盤以鉚釘或螺栓聯(lián)接，一般采用周向布置。在離合器接合時，離合器蓋通過它來驅(qū)動壓盤共同旋轉(zhuǎn)；在離合器分離時，可利用它的彈性恢復(fù)力來牽動壓盤軸向分離并使操縱力減小。5、分離軸承總成分離軸承總成由分離軸承、分離套筒等組成。分離軸承在工作時主要承受軸向分離力，同時還承受在高速旋轉(zhuǎn)時離心力作用下的徑向力。目前國產(chǎn)的汽車中多使用角接觸推力球軸承，采用全密封結(jié)構(gòu)和高溫鏗基潤滑脂，其端面形狀與分離指舌尖部形狀相配合，舌尖部為平面時采用球形端面，舌尖部為弧形面時采用平端面或凹弧形端面。1.3.2膜片彈簧離合器的工作原理由圖1.1可知，離合器蓋1與發(fā)動機飛輪用螺栓緊固在一起，當膜片彈簧3被預(yù)加壓緊，離合器處于接合位置時，由于膜片彈簧大端對壓盤5的壓緊力，使得壓盤與從動盤6摩擦片之間產(chǎn)生摩擦力。當離合器蓋總成隨飛輪轉(zhuǎn)動時(構(gòu)成離合器主動部分)，就通過摩擦片上的摩擦轉(zhuǎn)矩帶動從動盤總成和變速器一起轉(zhuǎn)動以傳遞發(fā)動機動力（1）接合位置 （2）分離位置1-離合器蓋 2-鉚釘 3-膜片彈簧 4-支撐環(huán) 5-壓盤6-摩擦片 7-分離軸承總成 8-離合器踏板 9-輸出軸圖1.1膜片彈簧離合器的工作原理圖要分離離合器時，將離合器踏板8踏下，通過操縱機構(gòu)，使分離軸承總成7前移推動膜片彈簧分離指，使膜片彈簧呈反錐形變形，其大端離開壓盤，壓盤在傳動片的彈力作用下離開摩擦片，使從動盤總成處于分離位置，切斷了發(fā)動機動力的傳遞。1.3.3膜片彈簧離合器的優(yōu)點膜片彈簧離合器與其他形式離合器相比，具有一系列優(yōu)點：1、膜片彈簧離合器具有較理想的非線性彈性特性；2、膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質(zhì)量??；3、高速旋轉(zhuǎn)時，彈簧壓緊力降低很少，性能較穩(wěn)定；4、膜片彈簧以整個圓周與壓盤接觸，使壓力分布均勻，摩擦片接觸良好，磨損均勻；5、易于實現(xiàn)良好的通風散熱，使用壽命長；6、膜片彈簧中心與離合器中心線重合，平衡性好。1.4設(shè)計內(nèi)容1、壓盤設(shè)計。2、離合器蓋設(shè)計。3、從動盤總成設(shè)計。4、膜片彈簧設(shè)計。1.5 Pro/E軟件的特點Pro/Engineer是美國PTC公司開發(fā)的一套機械CAD/CAE/CAM集成軟件，其技術(shù)領(lǐng)先，在機械、電子、航空、郵電、兵工、仿真等各行各業(yè)都有應(yīng)用，在CAD/CAE/CAM領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。它集零件設(shè)計、大型組件設(shè)計、鈑金設(shè)計、造型設(shè)計、模具開發(fā)、數(shù)控加工、運動分析、有限元分析、數(shù)據(jù)庫管理等功能于一身，具有參數(shù)化設(shè)計，特征驅(qū)動，單一數(shù)據(jù)庫等特點，大大加快了產(chǎn)品開發(fā)速度。本設(shè)計使用的Pro/Engineer Wildfire3.0是Pro/Engineer的最新版本，其功能較以前的版本有了很大的提高，而且操作界面也更為好用，可以大大提高技術(shù)人員的工作效率。第2章 方案論證2.1 離合器車型的選定該車主要參數(shù)如下表：表2-1 離合器設(shè)計主要參數(shù)使用工況鄉(xiāng)間總質(zhì)量（kg）9550發(fā)動機型號Ca6102發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩（Nm/(r/min)）373/1300變速器一檔傳動比7.640主減速器傳動比5.77驅(qū)動輪類型與規(guī)格8.25-202.2方案選擇本車設(shè)計采用單片膜片彈簧離合器。本車采用的摩擦式離合器是因為其結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強，維修方便，目前大多數(shù)汽車都采用這種形式的離合器。而采用干式離合器是因為濕式離合器大多是多盤式離合器，用于需要傳遞較大轉(zhuǎn)矩的離合器，而該車型不在此列。采用膜片彈簧離合器是因為膜片彈簧離合器具有很多優(yōu)點：首先，由于膜片彈簧具有非線性特性，因此可設(shè)計成當摩擦片磨損后，彈簧壓力幾乎可以保持不變，且可減輕分離離合器時的踏板力，使操縱輕便；其次，膜片彈簧的安裝位置對離合器軸的中心線是對的，因此其壓力實際上不受離心力的影響，性能穩(wěn)定，平衡性也好；再者，膜片彈簧本身兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使離合器的結(jié)構(gòu)大為簡化，零件數(shù)目減少，質(zhì)量減小并顯著地縮短了其軸向尺寸；另外，由于膜片彈簧與壓盤是以整個圓周接觸，使壓力分布均勻，摩擦片的接觸良好，磨損均勻，也易于實現(xiàn)良好的散熱通風等。由于膜片彈簧離合器具有上述一系列的優(yōu)點，并且制造膜片彈簧的工藝水平也在不斷地提高，因而這種離合器在轎車及微型、輕型客車上已得到廣泛的采用，而且逐漸擴展到載貨汽車上。從動盤選擇單片式從動盤是一位其結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便。壓盤驅(qū)動方式采用傳動片式是因為其沒有太明顯的缺點且簡化了結(jié)構(gòu)，降低了裝配要求又有利于壓盤定中。選擇拉式離合器是因為其較拉式離合器零件數(shù)目更少，結(jié)構(gòu)更簡化，軸向尺寸更小，質(zhì)量更??；并且分離杠桿較大，使其踏板操縱力較輕。綜上本次設(shè)計選擇單片拉式膜片彈簧離合器。第3章 設(shè)計計算及參數(shù)的選擇3.1 離合器主要參數(shù)的選擇離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：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?。?） 有足夠的機械強度與耐磨性；3） 密度小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量；4） 熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦；5） 磨合性能好不致刮傷飛輪和壓盤表面；6） 接合時應(yīng)平順，不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象；7） 長期停放后，摩擦面不發(fā)生“粘著”現(xiàn)象。摩擦片的外徑是離合器的重要參數(shù)。它對離合器的輪廓尺寸有決定性的影響，并根據(jù)離合器能全部傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩來選擇。為了能可靠地傳遞發(fā)動機的最大的轉(zhuǎn)矩Temax，離合器的靜摩擦力矩TC應(yīng)大于發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax，而離合器傳遞的最大靜摩擦力矩TC又取決于其摩擦面數(shù)Z、摩擦系數(shù)f、作用在摩擦面上的總壓緊力P與摩擦片平均半徑RC，即=式中離合器的后備系數(shù)離合器的基本參數(shù)主要有性能參數(shù)有后備系數(shù)和單位壓力參數(shù)P0，尺寸參數(shù)D和d及摩擦片厚度。3.11后備系數(shù)后備系數(shù)是離合器設(shè)計時用到的一個重要參數(shù)，它反映了離合器傳遞發(fā)動機轉(zhuǎn)矩的可靠程度。在選擇時應(yīng)考慮以下幾點：1) 摩擦片在使用中磨損后，離合器還應(yīng)能可靠地傳遞發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩；2) 要防止離合器滑磨過大；3) 要能防止傳動系過載。顯然，為了可靠地傳遞發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩和防止離合器滑磨過大，不宜選取太??；為了使離合器尺寸不致過大，減少傳動系過載，保證操縱輕便，又不能選取太大；當發(fā)動機后備功率較大，使用條件較好時，可選擇小些；當使用條件惡劣，需要拖帶掛車時，為提高起步能力，減少離合器磨損，應(yīng)選取大些；貨車總質(zhì)量越大，也應(yīng)選得越大；采用柴油機時，由于工作比較粗暴，轉(zhuǎn)矩較不平穩(wěn)，選取的值應(yīng)比汽油機大些；發(fā)動機缸數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩波動越小，可選取小些；膜片彈簧離合器由于摩擦片磨損后壓力保持較穩(wěn)定，選取的值可以比螺旋彈簧的小些；雙片離合器的值應(yīng)大于單片離合器。各類汽車值的選取范圍通常為：轎車和微型車、輕型貨車=1.201.75中型和重型貨車=1.502.25越野車、帶拖掛的重型汽車和牽引汽車=1.804.00根據(jù)上述原因及所選車型，選取=1.8。3.1.2摩擦片外徑D、內(nèi)徑d和厚度h的確定摩擦片外徑是離合器的重要尺寸之一，它直接影響離合器所能傳遞的轉(zhuǎn)矩大小，也關(guān)系到離合器的結(jié)構(gòu)重量和使用壽命。在確定尺寸D時，發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩參數(shù)必須是已知的。在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。初步確定D的方法有兩種。按發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩(N.m)來初選D,可參考下列公式D=100首先確定離合器的基本結(jié)構(gòu)為單片式，系數(shù)K反映了不同結(jié)構(gòu)和使用條件對D的影響，根據(jù)前面的該車基本數(shù)據(jù)可知該車為一般載貨車，所以K=36，且=373 N/m帶入數(shù)據(jù)可得D=321.88 mm在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，盡量選用比較大的D尺寸，這樣既可保證使用性能，也可提高離合器的使用壽命。所以D=325 mm摩擦片尺寸D應(yīng)符合有關(guān)標準（JB1457-74），的規(guī)定，表3-1給處了離合器摩擦片的尺寸系列和參數(shù)。表3-1 離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù)外徑D（mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h（mm）內(nèi)外徑之比d/D單位面積F（mm2）3251903.50.585546所以由所計算的D值去參照表3-1，最后選定摩擦片的尺寸為下表：表3-2選定的摩擦片的尺寸外徑D（mm）內(nèi)徑d(mm)厚度h(mm)C=1-單位面積F（mm）3251903.50.5850.8005463.1.3單位壓力P0單位壓力對離合器工作性能和使用壽命有很大的影響，選取時應(yīng)考慮離合器的工作條件，包括發(fā)動機的后備功率大小，摩擦片尺寸、材料及其質(zhì)量和后備系數(shù)等因素。離合器使用頻繁，發(fā)動機后備系數(shù)較小時，應(yīng)取小些；當摩擦片外徑繳大時，為了降低摩擦片外緣處的熱負荷，應(yīng)取小些；后備系數(shù)較大時，可適當增大。當摩擦片采用不同材料時，按下列范圍選?。菏藁牧希?0.100.35MPa粉末冶金材料：=0.350.60MPa金屬陶瓷材料：=0.701.5Mpa驗算單位壓力1.取R= 時 =ZPA 因為是單片的，所以摩擦盤工作面數(shù)Z=2。初選摩擦材料為石棉基摩擦材料 查表可取摩擦系數(shù)=0.3代入數(shù)據(jù)得p0.155(MPa)2取R 時 ZPA 代入數(shù)據(jù)得p0.158(MPa)單位壓力P在容許范圍之內(nèi)，認為所選離合器尺寸 參數(shù)合適。對于小轎車，D=380480時，P約為0.14mpa又因小汽車的離合器都采用莫片彈簧離合，在使用過程中其摩擦片的磨損工作壓力幾乎不會變小，轎車的后備功率較小，使用條件較好，所以宜取小值。 根據(jù)上述原因及所選車型，選取=0.14 MPa3.2 膜片彈簧設(shè)計在汽車膜片彈簧離合器中，膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用 它的特性決定了離合器的主要工作性能。因此，在離合器的開發(fā)中，膜片彈簧的設(shè)計尤為重要。3.2.1膜片彈簧的結(jié)構(gòu)特點膜片彈簧由彈簧鋼板沖壓而成（如圖3-1所示）。膜片彈簧在結(jié)構(gòu)上分兩部分，在膜片彈簧彈簧大端處為一完整的截面，它的形狀象一個無底的碟子和一般機械上用的碟形彈簧完全一樣，故稱為碟簧部分（如3-2所示）。膜片彈簧起彈性作用的正是碟簧部分。碟形彈簧的彈性作用是這一面沿其軸線方向加載，碟簧受壓變平，卸載后又恢復(fù)原形?？梢哉f膜片彈簧是碟形彈簧的一種特殊結(jié)構(gòu)形式。所不同的是，在膜片彈簧上還包含有徑向開槽部分，膜片彈簧分離指與碟簧部分交接處的徑向槽較寬呈長方圓孔，這樣一方面可以減少分離指根部應(yīng)力集中，一方面又可用來安置銷釘以固定膜片彈簧。 圖3-1 膜片彈簧 圖3-2 碟形彈簧3.2.2膜片彈簧的彈性變形特性膜片彈簧起彈性作用的部分是其碟簧部分。碟簧部分的彈性變形特性和螺旋彈簧的不一樣。它是一種非線性的彈性，其特性和碟簧部分的原始內(nèi)截錐高度H及彈簧厚度h之比值有關(guān)。不同的H/h值可以得到不同的彈簧變形特性。一般可分為四種情況（圖3-1）：11（1）時曲線1所示。載荷的增加，變形總是不斷增加。這種彈簧的剛度很大，可以承受很大的載荷，適合于作為緩沖裝中的行程限制器。（2）時如曲線2所示。彈簧的特性曲線在中間是異端平直的線，變形的增加，載荷幾乎維持不變。此種彈簧叫做零剛度彈簧。圖3-3 H/h對膜片彈簧彈性特性的影響（3）如曲線3所示。彈簧的特性曲線中有一段負剛度區(qū)域，即變形增加時，載荷反面減少。具有這種特性的膜片彈簧很適用于作為離合器的壓緊彈簧。因為可利用其負剛度區(qū)達到分離離合器時載荷下降，操縱省力之目的。但負剛度過大也不適宜，以免彈簧工作位置略微變動造成彈簧壓緊力變化過大。（4）如曲線4所示。則特性曲線的極小點落在橫坐標軸上。（5）如曲線5所示。該特性曲線具有更大的負剛度區(qū)且具有載荷為負值的區(qū)域。這種彈簧適用于汽車液力傳動中的鎖止機構(gòu)。3.2.3膜片彈簧設(shè)計計算的基本公式假設(shè)膜片彈簧在承載過程中，其子午斷面剛性地繞過斷面上的某中性點O轉(zhuǎn)動（圖3-2）。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的載荷F1（N）集中在支承點處，加載點間的相對軸向變形為1（mm）（圖），則膜片彈簧彈簧特性如下式表示： （3-2-1）式中：E為材料的彈性模量（MPa），對于鋼：E=2.1105 MPa； 21為材料的泊松比，對于鋼：=0.3； H為膜片彈簧自由狀態(tài)下碟簧部分的內(nèi)截錐高度（mm）； h為膜片彈簧鋼板厚度（mm）； R ，r分別為壓盤加載點和支承環(huán)加載點半徑（mm）； R1 ，r1分別為壓盤加載點和支承環(huán)加載點半徑（mm）。圖3-4 子午斷面繞中性點的轉(zhuǎn)動a） b） c)圖3-5 膜片彈簧在不同工作狀態(tài)時的變形a）自由狀態(tài)b）壓緊狀態(tài)c)分離狀態(tài)當離合器分離時，膜片彈簧的加載點將發(fā)生變化（圖3-3c）。設(shè)分離軸承對分離指端所加載荷為F2（N），相應(yīng)作用點變形為2（mm）；另外，在分離與壓緊狀態(tài)下，只要膜片彈簧變形到相同的位置，其子午端面從自由狀態(tài)也轉(zhuǎn)過相同的轉(zhuǎn)角，則有如下關(guān)系： （3-2-2） （3-2-3）式中，為分離軸承與分離指的接觸半徑（mm）。將式（3-2-2）和式（3-2-3）代入式（3-2-1），即可得F2與2的關(guān)系式為： （3-2-4）同樣，將式（3-2-2）和式（3-2-3）分別代入式（3-2-1）同樣可分別得到F1與2和F2與1的關(guān)系式。如果不計分離指在F2作用下的彎曲變形，則分離軸承推分離指的移動行程2f（圖3-3c）為： （3-2-5）式中，1f為壓盤的分離行程。（圖3-3b、3-3c）。3.2.4膜片彈簧基本參數(shù)的確定（1）比值H/h的選擇該比值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，因此，要利用H/h對彈簧特性的影響，正確地選擇該比值，以得到理想的特性曲線及獲得最佳的使用性能。為保證離合器壓緊力變化不大和操縱輕便，汽車的膜片彈簧離合器的H/h一般取系 -3 ：板厚一般為24mm，本設(shè)計?。?h=3mm則取H/h=2，代入h=3 得到： H=6mm（2）R及R/r的選擇膜片彈簧的大端半徑R應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)要求和摩擦片的尺寸來確定。比值R/r的選定影響到材料的利用效率。R/r越小，則彈簧材料的利用效率越好。碟形彈簧儲存彈簧性能的能力在R/r=1.82.0為最大，用于緩沖沖擊、吸收振動等需要儲存大量彈性能的碟簧最佳。但對汽車離合器膜片彈簧來說，并不要求儲存大量的彈性能，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)布置及壓緊力的需要，通常R/r=1.21.3（即1.25左右）。根據(jù)本設(shè)計所選車型，選取R/r=1.2。根據(jù)RRC=(D+d)/4=135mm（RC為膜片彈簧的平均半徑），取R=140mm，則r=110mm。（3）膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角膜片彈簧在自由狀態(tài)下的圓錐底角與內(nèi)截錐高度H關(guān)系密切，=arctanH/(R-r)H/(R-r),一般在10151范圍內(nèi)選擇。本設(shè)計之錐角為：6/（140-110）111835.76。落在1015的范圍內(nèi)，因此設(shè)計合理。（4）支承圈平均半徑r1和和膜片彈簧與壓盤的接觸半徑R1 。r1與R1的取值將影響膜片彈簧的剛度。r1 應(yīng)略大于r且盡量接近r；R1 應(yīng)略小于且盡量接近R。根據(jù)以上所述及已知R和r的值，本設(shè)計選取r1=115mm，R1=135mm 。（5）分離指的數(shù)目n和切槽寬1 、2的確定。（如圖3-5）N多取為18；1=3.24mm；2=912mm；re的取值應(yīng)滿足（r-re）>2 。本設(shè)計選取1=4，2=12。（6）膜片彈簧小端半徑及分離軸承作用半徑。值主要由結(jié)構(gòu)決定，其最小值應(yīng)大于變速器第1軸花鍵的外徑以便安裝。分離軸承作用半徑大于。根據(jù)結(jié)構(gòu)可以定兩個參數(shù)分別為，=27 =293.3 離合器蓋總成設(shè)計離合器總成除了壓緊彈簧外，還有離合器蓋、壓盤、傳動片、分離杠桿裝置及支承環(huán)等。3.3.1離合器蓋設(shè)計 離合器蓋與飛輪固定在一起，通過它傳遞發(fā)動機的部分扭矩。此外它還是離合器壓緊彈簧和分離桿的支承殼體。在離合器蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)達到以下幾個要求：1）應(yīng)具有足夠的剛度，以免影響離合器的工作特性，增大操縱時的分離行程，減小壓盤升程，嚴重時摩擦面不能徹底分離。為此可采取如下措施：適當增大蓋的板厚，一般為2.54.0mm；在蓋上沖制加強肋或在蓋內(nèi)圓周處翻邊；尺寸大的離合器蓋可改用鑄鐵鑄造。2）應(yīng)與飛輪保持良好的對中，一面影響總成的平衡和正常的工作。對中方式采用定位銷或定位螺栓，也采用止口對中。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口，將離合器制成特殊的葉輪形狀?；蛟谏w上下班加設(shè)通風扇片等，用以鼓風。乘用車和載質(zhì)量較小的商用車的離合器一般用08、10鋼等低碳鋼板，載質(zhì)量較大的商用車則常用鑄件或鋁合金壓鑄件。本設(shè)計采用厚3mm的08鋼板沖壓而成。3.3.2壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）對壓盤結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求1）壓盤應(yīng)具有較大的質(zhì)量以增大熱容量、減小溫升，防止其產(chǎn)生裂紋和破碎，有時可設(shè)置各種形狀的散熱肋或鼓風肋，以幫助散熱通風。中間壓盤可鑄出通風槽，也可采用傳熱系數(shù)較大的鋁合金壓盤。2）壓盤應(yīng)具有較大的剛度。3）與飛輪應(yīng)保持良好的對中，并要進行靜平衡。4）壓盤高度尺寸（從承壓點到摩擦面的距離）公差要小。（2）壓盤幾何尺寸的確定1）壓盤內(nèi)、外徑的確定（）前面我們已經(jīng)通過計算確定了摩擦片的內(nèi)、外徑。從一般而言，壓盤內(nèi)徑稍微小于摩擦片的內(nèi)徑，壓盤外徑稍大于摩擦片外徑。故本設(shè)計壓盤外徑 =330mm，壓盤內(nèi)徑為=185mm。2）壓盤厚度的確定（）壓盤厚度的確定主要依據(jù)以下兩點：壓盤的質(zhì)量在離合器的接合過程中，由于滑摩功的存在，第接合一次都要產(chǎn)生大量的熱，而第次接合的時間短（大約3秒鐘左右），因此熱量根本來不及全部傳到周圍空氣中去，這樣必然導致摩擦副的溫升。在使用頻繁和困難條件下工作的離合器，這種溫升就更為嚴重。它不僅會引起摩擦片摩擦系數(shù)的下降，磨損加劇，嚴重時引起摩擦片和壓盤的損壞。 由于用石棉材材料制成的摩擦片導熱性很差，在滑磨過程中所產(chǎn)生的熱主要由飛輪和壓盤等零件吸收，為了使每次接合時的溫升不致過高，幫要求壓盤具有足夠大的質(zhì)量以吸收熱量。壓盤的剛度壓盤應(yīng)具有足夠大的剛度，使壓緊力在摩擦面上的壓力分布均勻并減少受熱后產(chǎn)生翹曲變形，以免影響摩擦片的均勻壓緊及離合器的徹底分離，厚度約為1525mm 。離合器接合一次時的溫升離合器一次結(jié)合會瞬間產(chǎn)生熱量，用溫升來表示。溫升不應(yīng)超過810。溫升越低，可以相應(yīng)減小壓盤厚度，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。溫升公式為： （3-4-1）式中：溫升（）； W滑磨功（Nm）；分配到壓盤上的滑磨功所占的百分比（單片離合器壓盤=0.50；雙片離合器壓盤=0.25；雙片離合器中間壓盤 =0.50） C壓盤的比熱，C=481.4J/（kg）（鑄鐵壓盤）：壓盤重量（kg）。本設(shè)計選取=8，即：=8 （3-4-2）2）計算壓盤厚度汽車起步時離合器接合一次所產(chǎn)生的總滑磨功（J），可根據(jù)以下公式計算： （3-4-3）式中：汽車總質(zhì)量（Kg）；輪胎滾動半徑（m）； ig起步進所用變速器檔位的傳動比； io主減速器傳動比； 發(fā)動機轉(zhuǎn)速（r/min）， 根據(jù)以上計算所得，以及壓盤厚度，設(shè)計時，要盡量取較小值，12。3.4離合器主要零件的設(shè)計計算3.4.1從動盤總成從動盤總成主要由從動盤轂、摩擦片、從動片、扭轉(zhuǎn)減振器等組成。從動盤對離合器工作性能影響很大，設(shè)計時應(yīng)滿足如下要求：1）從動盤的轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡可能小，以減小變速器換檔時輪齒的沖擊。2）從動盤應(yīng)具有軸向彈性，使離合器接合平順，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，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。為了使從動盤具有軸向彈性，常用的方法有：1）在從動片外緣開612個“T”形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。兩側(cè)的摩擦片則分別鉚在每隔一個的扇形上。“T”形槽還可以減小由于摩擦發(fā)熱而引起的從動片翹曲變形。這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用在商用車上。2）將扇形波形片的左、右凸起段分別與左、右側(cè)摩擦片鉚接，由于波形片（1.0mm）比從動片（1.5mm）薄，這種結(jié)構(gòu)的軸向彈性較好，轉(zhuǎn)動慣量較小，適宜于高速旋轉(zhuǎn)，主要應(yīng)用于乘用車和最大總質(zhì)量小于6t的商用車上。3）利用階梯形鉚釘桿的細段將成對波形片的左片鉚在左側(cè)摩擦片上，并交替地把右片鉚在右側(cè)摩擦片上。這種結(jié)構(gòu)的彈性行程較大，彈性特性較理想，可使汽車起步極為平順。這種結(jié)構(gòu)主要應(yīng)用于發(fā)動機排量大于2.5L的乘用車上。4）將靠近飛輪的左側(cè)摩擦片直接鉚合在從動片上，只在靠近壓盤側(cè)的從動片鉚有波形片，右側(cè)摩擦片用鉚釘與波形鉚合。這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動慣量大，但強度較高，傳遞轉(zhuǎn)矩的能力大，主要應(yīng)用于商用車上。（1）從動盤轂從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受發(fā)動機傳來的全部轉(zhuǎn)矩。它一般采用齒側(cè)對的矩形花鍵安裝在變速器的第一軸上，花鍵的尺寸可根據(jù)摩擦片的外徑D與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax按國標GB114474選?。ㄒ姳?4）。從動盤的軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底，一般取1.01.4倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用鍛鋼（如35、45、40Cr等），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。為提高花鍵內(nèi)孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝：對減振彈簧窗口及從動片配合，應(yīng)進行高頻處理?；ㄦI選取后應(yīng)進行擠壓應(yīng)力j（MPa）及剪切應(yīng)力j（MPa）的強度校核：1 （3-6-1） （3-6-2）式中，z為從動盤轂的數(shù)目；其余參數(shù)見表33。表33 離合器從動盤轂花鍵尺寸系列摩擦片外徑D/mm發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax/Nm花鍵尺寸擠壓應(yīng)力j/Mpa齒數(shù)n外徑D/mm內(nèi)徑d/mm齒厚b/mm有效齒長l/mm16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.732538010403254511.635048010403255013.2根據(jù)摩擦片的外徑D=200mm與發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩Temax=380 Nm，由表33查得n=10，D=40mm，d=32mm，b=5mm，l=45mm，j=11.6Mpa，則由公式（3-6-1）、（3-6-2）校核得：j=11.28MPa<j=11.6 MPa。j=8.5 MPa < j=17 MPa。所以，所選花鍵尺寸能滿足使用要求。（2）從動片從動片要求質(zhì)量輕，具有軸向彈性，硬度和平面要求高。材料常用中碳鋼板（50號或85號）或65Mn鋼板。一般厚度為1.32.5mm，表面硬度為3848HRC。考慮所選車型及從動盤結(jié)構(gòu)，選擇從動片的結(jié)構(gòu)型式為整體式，從動片外緣開6個“T”形槽，形成許多扇形，并將扇形部分沖壓成依次不同方向彎的波浪形。本設(shè)計，從動片由1.6 mm厚的65Mn鋼板沖壓而成，并且將其外緣的盤形部分磨薄至1mm，以減小其轉(zhuǎn)動慣量。（3）摩擦片離合器摩擦片在性能上應(yīng)滿足如下要求：1）摩擦因數(shù)較高且較穩(wěn)定，工作溫度、單位壓力、滑磨速度的變化對其影響要小。2）具有足夠的機械強度與耐磨性。3）密度要小，以減小從動盤的轉(zhuǎn)動慣量。4）熱穩(wěn)定性好，在高溫下分離出的粘合劑少，無味，不易燒焦。5）磨合性能好，不致刮傷飛輪和壓盤表面。6）接合時應(yīng)平順而不產(chǎn)生“咬合”或“抖動”現(xiàn)象。7）長期停入后，摩擦面間不產(chǎn)生“粘著”現(xiàn)象。離合器摩擦片所用的材料主要有石棉基摩擦材料、粉末冶金摩擦材料和金屬陶瓷摩擦材料。石棉基摩擦材料具有摩擦因數(shù)較高（大約為0.30.45）、密度較小、制造容易、價格低廉等優(yōu)點。但它性能不夠穩(wěn)定，摩擦因數(shù)受工作溫度、單位壓力、滑磨速度的影響大，故目前訂應(yīng)用于、輕載荷下工作。由于石棉在生產(chǎn)和使用過程中對環(huán)境有污染，對人體有害，故以玻璃纖維、金屬纖維等到來替代石棉纖維。粉末冶金和金屬陶瓷摩擦材料具有傳熱性好、熱穩(wěn)定性與耐磨性好、摩擦因數(shù)較高且穩(wěn)定、能承受的單位壓力較高以及壽命較長等優(yōu)點，但價格較貴，密度較大，接合平順性較差，主要應(yīng)用于載質(zhì)量較大的商用車上。摩擦片與從動片的連接方式有鉚接和粘接兩種。鉚接方式連接可先可靠，更換摩擦片方便，適宜在從動片上安裝波形片、但其摩擦面積利用率小，使用壽命短。粘接方式可增大實際摩擦面積，摩擦片厚度利用率高，具有較高的抗離心力和切向力的能力；但更換摩擦片困難，且使從動盤難以安裝波形片，無軸向彈性，可靠性低。根據(jù)上述分析，本設(shè)計所采用的離合器摩擦片材料為石棉基摩擦材料，摩擦片與從動片的連接方式為鉚接，選取18顆鉚釘鉚接。其鉚接位置為摩擦片的平均半徑，即Ra=85mm。鉚釘型號為GB875-86 365，材料為15號鋼。鉚釘?shù)男：巳缦拢浩骄款w鉚釘所受的最大剪切力Fmax： 根據(jù)鉚釘所受的Fmax，分別校核鉚釘?shù)目辜魪姸群蛷膭悠目箟簭姸龋?（3-6-3） （3-6-4）式中：d0為鉚釘孔直徑，mm；M為每個鉚釘?shù)目辜裘鏀?shù)量；為被鉚件中較薄板的厚度，對于雙蓋板，兩蓋板厚度之和為一個被鉚件厚度，mm。根據(jù)相關(guān)已知參數(shù)，可得：=1.5mm，m=2；并由參考文獻5，可得d0=3.2mm，=115MPa，=430MPa。則將各項數(shù)值代入公式（3-6-3）、（3-6-4）得：=4.5 MPa < =115MPa； =15.0 MPa <=430MPa。所以，所選鉚釘能滿足使用要求。致 謝 經(jīng)過努力，論文寫作工作終于接近了尾聲。論文的順利完成除了我個人的努力外，更多的要歸功于系里的老師們。在此，我首先要感謝我的指導老師李付俊，在這段時間里，李老師盡心盡力、認真負責的指導我進行畢業(yè)論文的寫作工作。無論是論文的寫作思路、整體結(jié)構(gòu)，還是設(shè)計圖紙、數(shù)學計算。我前進的每一步都是與李老師的幫助分不開的。除了專業(yè)知識，在李老師身上我還學到了應(yīng)該具有一絲不茍的工作態(tài)度與積極進取的工作作風。相信這些會在我以后的學習與生活中帶給我更多的收獲。最后對所有在論文寫作過程中幫助過我的朋友和同學表示深深的謝意！參考文獻1、劉惟信主編汽車設(shè)計北京：清華大學出版社，20012、王望予主編汽車設(shè)計第版北京：機械工業(yè)出版社，20053、陳家瑞主編汽車構(gòu)造 下冊北京：機械工業(yè)出版社，20044、汽車工程手冊編輯委員會主編汽車工程手冊設(shè)計版北京：人民交通出版社，20015、機械設(shè)計手冊編委會主編機械設(shè)計手冊新版北京：機械工業(yè)出版社，20046、余志生主編汽車理論第3版北京：清華大學出版社，2005.3