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本科畢業(yè)設計（論文） 小型汽車離合器的設計 學 院 機械工程學院 專業(yè)班級 學生姓名 學生學號 指導教師 提交日期 2016年 月 日 華南理工大學廣州學院 學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 學位論文版權使用授權書 本人完全了解華南理工大學廣州學院關于收集、保存、使用學位論文的規(guī)定，即：按照有關要求提交學位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學廣州學院圖書館有權保存學位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；可以采用復印、數(shù)字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，可以公布論文的部分或全部內容。 學位論文作者簽名： 日期：2016年 月 日 指導教師簽名： 日期：2016年 月 日 作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： 摘 要 伴隨著社會的高速發(fā)展，在全球經(jīng)濟發(fā)展的大環(huán)境之下，我國各個行業(yè)在受到其他國家先進技術沖擊的同時，與國外品牌企業(yè)的溝通交流的機會也變的越來越多。汽車離合器行業(yè)通過行業(yè)展會、科研合作等多種途徑，不斷的提高了自身實力和核心競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。 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。在新的市場需求的驅動下，汽車離合器的更新和優(yōu)化升級更加迫切。國內汽車離合器生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場潛力，大力發(fā)展離合效果好，精度高的汽車離合器，在機動車輛向高精度化的轉變中發(fā)揮積極作用。一般生產(chǎn)汽車離合器的企業(yè)對離合器的離合指數(shù)上都有嚴格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設備時，都充分考慮到離合器在汽車運行中可能會出現(xiàn)的種種問題，從而減少離合器由于故障而導致出現(xiàn)剎車失控、引發(fā)交通事故等現(xiàn)象。 本文介紹了小型汽車離合器的結構組成、工作原理以及主要零部件的設計中所必須的理論計算，通過對傳統(tǒng)的汽車離合器結構進行優(yōu)化，使得此種類型的汽車離合器的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對今后的選型設計工作有一定的參考價值。 關鍵詞：汽車離合器 結構；工作原理；參考 Abstract Along with the rapid development of society, under the environment of global economic development. Chinas various industries in by the other countries the impact of advanced technology at the same time, opportunity to communicate with foreign brand enterprises has become more and more. The automobile clutch industry through a variety of ways industry exhibition, scientific research cooperation, constantly improve their own strength and core competitiveness, narrow the gap between developed countries. The main function of the clutch is cut off and the engine and transmission system to achieve smooth engagement and ensure a smooth start car; in the shift will be separated from the engine and transmission system and reduce the transmission of shocks between the gear shift; in work by larger dynamic load and to limit the transmission under the maximum torque, in order to prevent the transmission components of the damage due to overload; effectively reduce vibration and noise of the transmission system of. In the new market demand driven, updating and upgrading of automobile clutch more urgent. The domestic automobile clutch production enterprises fully tap the potential of the market, vigorously develop the automobile clutch clutch has good effect, high precision, play a positive role to change the high accuracy of a motor vehicle. There are strict requirements of general production index of automobile clutch clutch to clutch on the enterprise. The enterprise in the production equipment, give full consideration to the clutch may arise in the car to run in all sorts of problems, thereby reducing clutch due to a fault and led to the emergence of a brake is out of control, causing traffic accidents and so on. The small car clutch structure composition, working principle and main parts design must have the theoretical calculation, through carries on the optimization to the traditional structure of automobile clutch, making the use of this type of automobile clutch broader, more flexible, and has a certain reference value for future design and selection are introduced in this paper. Keywords：Driving roller ;Crankshaft;Processing craft;Significance 目 錄 摘 要 II Abstract II 第一章 緒論 1 1.課題的來源與研究的目的和意義 1 1.2汽車離合器國內外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 本課題研究的內容 2 1.4 汽車離合器的作用 4 1.5 離合器的工作原理 5 第二章 小型汽車離合器結構的設計 7 2.1離合器結構的選擇 8 2.1.1 摩擦片的選擇 9 2.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 11 2.1.3 壓盤的驅動方式 13 2.1.4 分離杠桿、分離軸承 13 2.1.5 離合器的散熱通風 14 2.1.6 從動盤總成 14 2.3 離合器主要零件的設計 14 2.3.1 從動盤 15 2.3.2 摩擦片 16 2.3.3 膜片彈簧 16 2.3.4 壓盤 17 2.3.5 離合器蓋 18 第三章 離合器的設計計算 19 3.1 摩擦片主要參數(shù)的選擇 20 3.2 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化 21 3.3 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 21 3.4 膜片彈簧的優(yōu)化設計 22 3.5 膜片彈簧的載荷與變形關系 22 3.6 膜片彈簧的應力計算 22 3.7 扭轉減振器設計 23 3.8 減振彈簧的設計 24 3.9 操縱機構 25 3.9.1 離合器踏板行程計算 26 3.9.2 踏板力的計算 27 3.10 從動軸的計算 29 3.11 從動盤轂 30 3.12 分離軸承的壽命計算 31 結 論 32 致 謝 33 參考文獻 34 第一章 緒論 第一章 緒 論 1.1 課題的來源與研究的目的和意義 目前市面上的小型汽車離合器大多都是采用傳統(tǒng)的結構，在某些特定的區(qū)域，這種結構形式的小型汽車離合器非常不受歡迎。由于以往的小型汽車離合器采用傳統(tǒng)的結構形式，這樣就造成傳動精度不好控，保養(yǎng)維護費用較高;同時存在一定的安全隱患。因此，對整機的安全性要求較高，操作時也；會給工作人員帶來強烈的震動，使得操作很不舒服。雖然傳統(tǒng)的小型汽車離合器的傳動效率較高，離合效果較好，但是價格也較昂貴，對于一般的用戶難以接受。所以研究一種新式的小型汽車離合器勢在必行！ 1.2 汽車離合器國內外發(fā)展現(xiàn)狀 我國通常將體積較小，功率較小的汽車稱為小型汽車，主要包括載貨型小汽車與載客型小汽車。這2類產(chǎn)品屬于低技術水平、量大面廣的普及型產(chǎn)品，多年來產(chǎn)品技術發(fā)展不快，同質化程度高。其技術特征是采用單缸臥式柴油機裝在一個機架上，由V型帶把功力傳到離合器，然后輸入橫置式變速箱。 通常中型汽車是指18.4-51.5kW的汽車。主要包括原有中型汽車的基本型和擴展系列產(chǎn)品。 通常大型汽車是指51.5kW以上的汽車。目前在大拖領域，主要有福田重工、迪爾天拖、中國一拖、上海紐荷蘭和清江-拖等幾家骨干企業(yè)，但是還沒有任何一家形成產(chǎn)品市場的絕對壟斷。 1.3 本課題研究的內容 本課題是對小型汽車離合器的原理及結構進行研究。具體包括以下內容： (1)介紹小型汽車離合器的結構原理，根據(jù)合理地設計和改善將其傳動機構等效簡化，確定小型汽車離合器的結構。 (2)設計出小型汽車離合器的結構圖紙。 (3)對小型汽車離合器的安全系數(shù)進行測定，得出影響效率的主要因素，驗證理論分析的正確性。 1.4 離合器的作用 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 31 第一章 緒論 到較大的動載荷時，能限制傳動系所承受的最大轉矩，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。 1.5 離合器工作原理 如圖1.1所示，摩擦離合器一般是有主動部分、從動部分組成、壓緊機構和操縱機構四部分組成。 離合器在接合狀態(tài)時，發(fā)動機扭矩自曲軸傳出，通過飛輪2和壓盤借摩擦作用傳給從動盤3，在通過從動軸傳給變速器。當駕駛員踩下踏板時，通過拉桿，分離叉、分離套筒和分離軸承8，將分離杠桿的內端推向右方，由于分離杠桿的中間是以離合器蓋5上的支柱為支點，而外端與壓盤連接，所以能克服壓緊彈簧的力量拉動壓盤向左，這樣，從動盤3兩面的壓力消失，因而摩擦力消失，發(fā)動機的扭矩就不再傳入變速器，離合器處于分離狀態(tài)。當放開踏板，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。此時壓緊彈簧就推動壓盤向右，仍將從動盤3壓緊在飛輪上2，這樣發(fā)動機的扭矩又傳入變速器。 1-軸承 2-飛輪 3-從動盤 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 第二章 離合器的結構設計 第二章 離合器的結構設計 2.1 離合器結構的選擇 2.1.1 摩擦片的選擇 單片離合器因為結構簡單，尺寸緊湊，散熱良好，維修調整方便，從動部分轉動慣量小，在使用時能保證分離徹底接合平順，所以被廣泛使用于轎車和中、小型貨車，因此該設計選擇單片離合器。摩擦片數(shù)為2。 2.1.2 壓緊彈簧布置形式的選擇 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是用一個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優(yōu)點[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能保證大致不變，從而使離合器在使用中能保持其傳遞轉矩的能力不變。當離合器分離時，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）膜片彈簧兼起壓緊彈簧和分離杠桿的作用，使結構簡單緊湊，軸向尺寸小，零件數(shù)目少，質量??； （3）高速旋轉時，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）易于實現(xiàn)良好的通風散熱，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雜，對材料質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，制造工藝和設計方法的逐步完善，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。 2.1.3 壓盤的驅動方式 在膜片彈簧離合器中，扭矩從離合器蓋傳遞到壓盤的方法有三種[9]： （1）凸臺—窗孔式：它是將壓盤的背面凸起部分嵌入在離合器蓋上的窗孔內， 第二章 離合器的結構設計 通過二者的配合，將扭矩從離合器蓋傳到壓盤上，此方式結構簡單，應用較多；缺點：壓盤上凸臺在傳動過程中存在滑動摩擦，因而接觸部分容易產(chǎn)生分離不徹底。 （2）徑向傳動驅動式：這種方式使用彈簧剛制的徑向片將離合器蓋和壓盤連接在一起，此傳動的方式較上一種在結構上稍顯復雜一些，但它沒有相對滑動部分，因而不存在磨損，同時踏板力也需要的小一些，操縱方便；另外，工作時壓盤和離合器蓋徑向相對位置不發(fā)生變化，因此離合器蓋等旋轉物件不會失去平衡而產(chǎn)生異常振動和噪聲。 （3） 徑向傳動片驅動方式：它用彈簧鋼制的傳動片將壓盤與離合器蓋連接在一起，除傳動片的布置方向是沿壓盤的弦向布置外，其他的結構特征都與徑向傳動驅動方式相同。經(jīng)比較，我選擇徑向傳動驅動方式。 2.1.4 分離杠桿、分離軸承 分離杠桿的作用由膜片彈簧承擔，其作用是通過分離軸承克服離合器彈簧的推力并推動壓盤移動，從而使壓盤與從動盤和從動盤與飛輪相互分離，截斷動力的傳遞，分離杠桿要具有足夠的強度和剛度，以承受反復作用在其上面的彎曲應力，分離軸承的作用是通過分離叉的作用使分離軸承沿變速器前端蓋導向套作軸向移動，推動旋轉中的膜片彈簧中部分離前端，使離合器起到分離作用。分離本次設計選用的是油封軸承，它可以將潤滑脂密封在軸承殼內，使用中不需要增加潤滑，相比供油式軸承則需增加。 2.1.5 離合器的散熱通風 試驗表明，摩擦片的磨損是隨壓盤溫度的升高而增大的，當壓盤工作表面超過C時摩擦片磨損劇烈增加，正常使用條件的離合器盤，工作表面的瞬時溫度一般在C以下。在特別頻繁的使用下，壓盤表面的瞬時溫度有可能達到。過高的溫度能使壓盤受壓變形產(chǎn)生裂紋和碎裂。為使摩擦表面溫度不致過高，除要求壓盤有足夠大的質量以保證足夠的熱容量外，還要求散熱通風好。改善離合器散熱通風結構的措施有：在壓盤上設散熱筋，或鼓風筋；在離合器中間壓盤內鑄通風槽；將離合器蓋和壓桿制成特殊的葉輪形狀，用以鼓風；在離合器外殼內裝導流罩。膜片彈簧式離合器本身構造能良好實現(xiàn)通風散熱效果，故不需作另外設置。 2.1.6 從動盤總成 從動盤總成由摩擦片，從動片，減震器和從動盤穀等組成。它雖然對離合器工作 第二章 離合器的結構設計 性能影響很大的構件，但是其工作壽命薄弱，因此在結構和材料上的選擇是設計的重點。從動盤總成應滿足如下設計要求： （1）轉動慣量要小，以減小變速器換檔時輪齒簡單沖擊； （2）應具有軸向彈性，使離合器接合平順，便于起步，而且使摩擦面壓力均勻，減小磨損。 （3）應裝扭轉減振器，以避免傳動系共振，并緩和沖擊。 1、摩擦片要求 摩擦系數(shù)穩(wěn)定、工作溫度、單位壓力的變化對其影響要小，有足夠的機械強度和耐磨性；熱穩(wěn)定性好，磨合性好，密度小；有利于結合平順，長期停放離合器摩擦片不會粘著現(xiàn)象的。綜上所述，選擇石棉基材料。石棉基摩擦材料是由石棉或石棉織物、粘結劑（樹脂或硅膠）和特種添加劑熱壓制成，其摩擦系數(shù)為0.25～0.3，密度小，價格便宜，多年來在汽車離合器上使用效果良好。同時，摩擦片從動鋼片用鉚釘連接，連接可靠，更換摩擦片方便，而且適宜在從動鋼片上裝波形彈簧片以獲得軸向彈性。 2、從動盤的軸向彈性 從動盤的軸向彈性可改善離合器性能，使離合器接合柔和，摩擦面接觸均勻，磨損較小。為使從動盤有軸向彈性，單獨制造扇形波狀彈簧與從動鋼片鉚接。波狀彈簧可用比鋼片輕薄的材料制造，軸向彈性較好，轉動慣量小，適宜高速旋轉，且彈簧對置分布，彈性好。因此設計中選用此類彈簧。 3、扭轉減震器 扭轉減震器幾乎是現(xiàn)代汽車離合器從動盤上必備的部件，主要由彈性元件和阻尼元件組成。彈性元件可降低傳動系的首端扭轉剛度，從而降低傳動系扭轉系統(tǒng)的某階固有頻率，改變系統(tǒng)的固有振型，使之盡可能避免由發(fā)動機轉矩主諧量激勵引起的共振。但是,這種共振往往難以避免。汽車行駛在不平的道路上行駛阻力也會時刻變化。當由于路面不平引起的激力頻率與傳動系的某階自振頻率重合時，也會發(fā)生共振現(xiàn)象。阻尼元件則可有效的耗散此時的振動能量，因而扭轉減震器可有效地降低傳動系共振載荷與噪聲。 扭轉減震器的彈性特性，又線性和非線性兩種。彈性元件采用圓柱螺旋彈簧的減震器，其彈性特點為線性。阻尼元件采用摩擦片通過碟形彈簧建立阻尼默片的正應力，其阻尼力矩比較穩(wěn)定。因此發(fā)動機的扭矩實際上是通過一些彈性元件傳遞到傳動系的。 摩擦式扭轉減震器工作原理：離合器工作時，扭矩從摩擦片傳給從動鋼片再傳給 第二章 離合器的結構設計 從動盤轂，此時彈簧被壓縮，從動鋼片相對從動盤轂前移（從動轂邊緣上的缺口控制著鋼片與轂的最大位移）。 2.3 離合器主要零件的設計 2.3.1從動盤 扇形波狀彈簧兩兩對置鉚接與從動鋼片上，兩側在鉚接摩擦片，鉚釘都采用鋁制埋頭鉚釘，摩擦襯面在鉚接后腰磨削加工，使其工作表面的不平度誤差小于0.2mm，從動盤本體采用45號鋼沖壓加工得到，為防止其彎曲變形而引起分離不徹底，一般在從動盤本體上設徑向切口。 2.3.2 摩擦片 摩擦片在性能上要滿足如下要求： （1）摩擦系數(shù)穩(wěn)定，工作溫度，滑磨速度，單位壓力的變化對其影響； （2）具有足夠的機械強度和耐磨性，熱穩(wěn)定性好； （3）有利于接合平順；4.長期停放離合器摩擦面會發(fā)生粘著現(xiàn)象。 （4）摩擦片選用材料為石棉基摩擦材料，它是由石棉或石棉織物、粘結劑和特種添加劑熱壓而成，其摩擦系數(shù)為。石棉基摩擦材料密度小，工作溫度小于180℃，價格便宜，使用效果良好，在汽車離合器中廣泛使用。 2.3.3 膜片彈簧 膜片彈簧使用優(yōu)質高精質鋼。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料為60SiMnA。為了提高膜片彈簧的承載能力，要對膜片彈簧進行調質處理，得具有高抗疲勞能力的回火索氏體。要防止膜片內緣離開，同時對膜片彈簧進行強壓處理（將彈簧壓平并保持小時），使其高壓力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應力，對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理，噴丸是φ0.8的白口鐵小丸， 可提高彈簧的疲勞壽命。同時，為提高分離指的耐磨性，對其進行局部高頻淬火式鍍鉻。采用乳白鍍鉻，若膜片彈簧許用應力可取為1500～1700N/mm2。 2.3.4 壓盤 壓盤的材料選用HT20-40鑄造制成。它要有一定的質量和剛度，以保證足夠的熱容量和防止溫度升高而產(chǎn)生的彎曲變形。壓盤應與飛輪保持良好的對中，并進行靜平衡。壓盤的摩擦工作面需平整光滑，其端面粗糙不低于0.8。壓盤殼用M812mm螺栓將其一端固定在飛輪端面上，另一端固定在壓盤端面上。 第二章 離合器的結構設計 2.3.5 離合器蓋 離合器蓋的膜片彈簧支撐處須具有較大的剛度和較高的尺寸精度，壓盤高度（叢承壓點到摩擦面的距離）公差要小，支撐環(huán)和支撐鉚釘?shù)陌惭b尺寸精度要高，耐磨性好，膜片彈簧的支撐形式采用鉚釘作支承時，如果分離軸承與曲軸中心線不同心，可引起鉚釘?shù)倪^度磨損。提高鉚釘硬度的套筒和支承與曲軸中心線不同心，亦可引起鉚釘?shù)倪^度。提高鉚釘硬度的套筒和支承圈是提高耐磨性的結構措施，采用10鋼材材料、HRc40-50。 第三章 離合器的設計計算 第三章 離合器的設計計算 3.1 摩擦片主要參數(shù)的選擇 采用單片摩擦離合器是利用摩擦來傳遞發(fā)動機扭矩的，為保證可靠度，離合器靜摩擦力矩應大于發(fā)動機最大扭矩 摩擦片的靜壓力： （3.1） （ 式中：離合器后備系數(shù)（） 發(fā)動機的最大扭矩可由式: （3.2）求得 式中： Kw,r/min。α在1.1～1.3之間 ，取α=1.16，則N.m （1）后備系數(shù)β是離合器的重要參數(shù)，反映離合器傳遞發(fā)動機最大扭矩的可靠程度，選擇β時，應從以下幾個方面考慮：a. 摩擦片在使用中有一定磨損后，離合器還能確保傳遞發(fā)動機最大扭矩；b. 防止離合器本身滑磨程度過大；c. 要求能夠防止傳動系過載。通常轎車和輕型貨車β=1.2～1.75。結合設計實際情況，故選擇β=1.5。 則有β可有表3.2查得 β＝1.5。 表3.2　離合器后備系數(shù)的取值范圍 車型 后備系數(shù)β 乘用車及最大總質量小于6t的商用車 1.20～1.75 最大總質量為6～14t的商用車 1.50～2.25 掛車 1.80～4.00 摩擦片的外徑可有式: （3.3） 求得 為直徑系數(shù)，取值見表3.3 取 得D=221.11mm。 表3.3　直徑系數(shù)的取值范圍 車型 直徑系數(shù) 乘用車 14.6 最大總質量為1.8～14.0t的商用車 16.0～18.5(單片離合器) 第三章 離合器的設計計算 13.5～15.0(雙片離合器) 最大總質量大于14.0t的商用車 22.5～24.0 摩擦片的尺寸已系列化和標準化,標準如下表(部分): 表3.4　離合器摩擦片尺寸系列和參數(shù) 外徑D\mm 160 180 200 225 250 280 300 325 內徑d\mm 110 125 140 150 155 165 175 190 厚度/mm 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 0.687 0.694 0.700 0.667 0.620 0.589 0.583 0.585 0.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 單面面積cm2 106 132 160 221 302 402 466 546 摩擦片的摩擦因數(shù)取決于摩擦片所用的材料及基工作溫度、單位壓力和滑磨速度等因素。可由表3.5查得： 摩擦面數(shù)Z為離合器從動盤數(shù)的兩倍，決定于離合器所需傳遞轉矩的大小及其結構尺寸。本題目設計單片離合器，因此Z=2。離合器間隙Δt是指離合器處于正常接合狀態(tài)、分離套筒被回位彈簧拉到后極限位置時，為保證摩擦片正常磨損過程中離合 器仍能完全接合，在分離軸承和分離杠桿內端之間留有的間隙。該間隙Δt一般為3～4mm。取Δt=4mm。 表3.5　摩擦材料的摩擦因數(shù)的取值范圍 摩擦材料 摩擦因數(shù) 石棉基材料 模壓 0.20～0.25 編織 0.25～0.35 粉末冶金材料 銅基 0.25～0.35 鐵基 0.30～0.50 金屬陶瓷材料 0.4 離合器的靜摩擦力矩為： （3.4） 與式（3.1）聯(lián)立得： （3.5） 代入數(shù)據(jù)得：單位壓力MPa。 表3.6　摩擦片單位壓力的取值范圍 第三章 離合器的設計計算 摩擦片材料 單位壓力/MPa 石棉基材料 模壓 0.15~0.25 編織 0.25~0.35 粉末冶金材料 模壓 0.35~0.50 編織 金屬陶瓷材料 0.70~1.50 3.2 摩擦片基本參數(shù)的優(yōu)化 （1）摩擦片外徑D（mm）的選取應使最大圓周速度不超過65～70m/s，即 m/sm/s （3.6） 式中，為摩擦片最大圓周速度（m/s）；為發(fā)動機最高轉速(r/min)。 （2）摩擦片的內、外徑比應在0.53～0.70范圍內，即 （3）為了保證離合器可靠地傳遞發(fā)動機的轉矩，并防止傳動系過載，不同車型的β值應在一定范圍內，最大范圍為1.2～4.0。 （4）為了保證扭轉減振器的安裝，摩擦片內徑d必須大于減振器振器彈簧位置直徑約50mm，即 mm （5）為反映離合器傳遞的轉矩并保護過載的能力，單位摩擦面積傳遞的轉矩應小于其許用值，即 （3.7）式中，為單位摩擦面積傳遞的轉矩(N.m/mm2)，可按表3.6選取 經(jīng)檢查,合格。 表3.7　單位摩擦面積傳遞轉矩的許用值 離合器規(guī)格 0．28 0．30 0．35 0．40 第三章 離合器的設計計算 （6）為降低離合器滑磨時的熱負荷，防止摩擦片損傷，對于不同車型，單位壓力的最大范圍為0.11～1.50MPa,即 MPaMPaMPa （7）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,離合器每一次接合的單位摩擦面積滑磨功應小于其許用值,即 （3.8） 式中,為單位摩擦面積滑磨(J/mm2)；為其許用值(J/mm2)，對于乘用車：J/mm2，對于最大總質量小于6.0t的商用車：J/mm2，對于最大總質量大于6.0t商用車：J/mm2：W為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)下式計算 （3.9） 式中，為汽車總質量(Kg)；為輪胎滾動半徑（m）；為汽車起步時所用變速器擋位的傳動比；為主減速器傳動比；為發(fā)動機轉速r/min，計算時乘用車取r/min，商用車取r/min。其中： m Kg代入式（3.9）得J，代入式（3.8）得，合格。 （8）離合器接合的溫升 式中,t為壓盤溫升,不超過C；c為壓盤的比熱容，J/(KgC)；γ為傳到壓盤的熱量所占的比例，對單片離合器壓盤；，為壓盤的質量Kg 代入，C，合格。 3.3 膜片彈簧主要參數(shù)的選擇 1. 比較H/h的選擇 第三章 離合器的設計計算 此值對膜片彈簧的彈性特性影響極大，分析式（3.10）中載荷與變形1之間的函數(shù)關系可知，當時，F(xiàn)2為增函數(shù)；時，F(xiàn)1有一極值，而該極值點又恰為拐點；時，F(xiàn)1有一極大值和極小值；當時，F(xiàn)1極小值在橫坐標上，見圖3.1。 1- 2- 3- 4- 5- 圖3.1 膜片彈簧的彈性特性曲線 為保證離合器壓緊力變化不大和操縱方便，汽車離合器用膜片彈簧的H/h通常在1.5～2范圍內選取。常用的膜片彈簧板厚為2～4mm，本設計 ，h=3mm ，則H=6mm 。 2. R/r選擇 通過分析表明，R/r越小，應力越高，彈簧越硬，彈性曲線受直徑誤差影響越大。汽車離合器膜片彈簧根據(jù)結構布置和壓緊力的要求，R/r常在1.2～1.3 的范圍內取值。本設計中取，摩擦片的平均半徑mm， 取mm則mm取整mm 則。 3.圓錐底角 汽車膜片彈簧在自由狀態(tài)時，圓錐底角α一般在范圍內，本設計中 得在之間，合格。分離指數(shù)常取為18，大尺寸膜片彈簧有取24的，對于小尺寸膜片彈簧，也有取12的，本設計所取分離指數(shù)為18。 4.切槽寬度 第三章 離合器的設計計算 mm，mm，取mm，mm，應滿足的要求。 5. 壓盤加載點半徑和支承環(huán)加載點半徑的確定 應略大于且盡量接近r，應略小于R且盡量接近R。本設計取mm，mm。膜片彈簧應用優(yōu)質高精度鋼板制成，其碟簧部分的尺寸精度要高。國內常用的碟簧材料的為60SizMnA，當量應力可取為1600～1700N/mm2。 6. 公差與精度 離合器蓋的膜片彈簧支承處，要具有大的剛度和高的尺寸精度，壓力盤高度（從承壓點到摩擦面的距離）公差要小，支承環(huán)和支承鉚釘安裝尺寸精度要高，耐磨性要好。 3.4 膜片彈簧的優(yōu)化設計 （1）為了滿足離合器使用性能的要求，彈簧的與初始錐角應在一定范圍內，即 （2）彈簧各部分有關尺寸的比值應符合一定的范圍，即 （3）為了使摩擦片上的壓緊力分布比較均勻，推式膜片彈簧的壓盤加載點半徑（或拉式膜片彈簧的壓盤加載點半徑）應位于摩擦片的平均半徑與外半徑之間，即 推式： 拉式： （4）根據(jù)彈簧結構布置要求，與，與之差應在一定范圍內選取，即 第三章 離合器的設計計算 （5）膜片彈簧的分離指起分離杠桿的作用，，因此杠桿比應在一定范圍內選取，即 推式： 拉式： 由（4）和（5）得mm，mm。 3.5 膜片彈簧的載荷與變形關系 碟形彈簧的形狀如以錐型墊片，見圖3.2，它具有獨特的彈性特征，廣泛應用于機械制造業(yè)中。膜片彈簧是具有特殊結構的碟形彈簧，在碟簧的小端伸出許多由徑向槽隔開的掛狀部分——分離指。膜片彈簧的彈性特性與尺寸如其碟簧部分的碟形彈簧完全相同（當加載點相同時）。因此，碟形彈簧有關設計公式對膜片彈簧也適用。通過支承環(huán)和壓盤加在膜片彈簧上的沿圓周分布的載荷，假象集中在支承點處，用F1表示，加載點間的相對變形（軸向）為λ1，則壓緊力F1與變形λ1之間的關系式為: （3.10） 式中： E——彈性模量，對于鋼， μ——泊松比，對于鋼，μ=0.3 H——膜片彈簧在自由狀態(tài)時，其碟簧部分的內錐高度 h——彈簧鋼板厚度 R——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的大端半徑 r——彈簧自由狀態(tài)時碟簧部分的小端半徑 R1——壓盤加載點半徑 r1——支承環(huán)加載點半徑 第三章 離合器的設計計算 圖3.2　膜片彈簧的尺寸簡圖 表3.8　膜片彈簧彈性特性所用到的系數(shù) R r R1 r1 H h 118 94 116 96 6 3 代入（3.10）得 （3.11） 對（3.11）式求一次導數(shù)，可解出λ1=F1的凹凸點，求二次導數(shù)可得拐點。 凸點：mm時，N 凹點：mm時，N 拐點：mm時，N 2、當離合器分離時，膜片彈簧加載點發(fā)生變化。設分離軸承對膜片彈簧指所加的載荷為F2，對應此載荷作用點的變形為λ2。由 （3.12） （3.13） 列出表3.8: 表3.9　膜片彈簧工作點的數(shù)據(jù) 2.96 7.04 5 9.18 2.182 15.5 第三章 離合器的設計計算 11796.93 6748.98 9273 3775.02 2159.67 2967.36 膜片彈簧工作點位置的選擇。從膜片彈簧的彈性特性曲線圖分析出，該曲線的拐點H對應著膜片彈簧壓平位置，而。新離合器在接合狀態(tài)時，膜片彈簧工作點B一般取在凸點M和拐點H之間，且靠近或在H點處，一般,以保證摩擦片在最大磨損限度Δλ范圍內壓緊力從F1B到F1A變化不大。當分離時，膜片彈簧工作點從B變到C ，為最大限度地減小踏板力，C點應盡量靠近N點。為了保證摩擦片磨損后仍能可靠的傳遞傳矩，并考慮摩擦因數(shù)的下降，摩擦片磨損后彈簧工作壓緊力應大于或等于新摩擦片時的壓緊力，見圖3.3。3.6 膜片彈簧的應力計算 假定膜片彈簧在承載過程中其子午斷面剛性地繞此斷面上的某中性點O轉動（圖3.4）。斷面在O點沿圓周方向的切向應變?yōu)榱?，故該點的切向應力為零，O點以外的點均存在切向應變和切向應力?，F(xiàn)選定坐標于子午斷面，使坐標原點位于中性點O。令X軸平行于子午斷面的上下邊，其方向如上圖所示，則斷面上任意點的切向應力為： （3.14） 第三章 離合器的設計計算 圖3.3 膜片彈簧工作點位置 式中 φ——碟簧部分子午斷面的轉角（從自由狀態(tài)算起） α——碟簧部分子有狀態(tài)時的圓錐底角 e ——碟簧部分子午斷面內中性點的半徑 e=（R-r）/In(R/r) （3.15）為了分析斷面中斷向應力的分布規(guī)律，將（3.14）式寫成Y與X軸的關系式： （3.16） 圖3.4 切向應力在子午斷面的分布 由上式可知，當膜片彈簧變形位置φ一定時，一定的切向應力αt在X-Y坐標系里呈線性分布。 當時，因為的值很小，我們可以將看成 第三章 離合器的設計計算 ，由上式可寫成。此式表明，對于一定的零應力分布在中性點O而與X軸承角的直線上。從式（3.16）可以看出當時無論取任何值，都有。顯然，零應力直線為K點與O點的連線，在零應力直線內側為壓應力區(qū)，外側位拉應力區(qū)，等應力直線離應力直線越遠，其應力越高。由此可知，碟簧部分內緣點B處切向壓應力最大，A處切向拉應力最大，分析表明，B點的切向應力最大，計算膜片彈簧的應力只需校核B處應力就可以了，將B點的坐標X=（e-r）和Y=h/2 代入（3.17）式有： （3.17） 令可以求出切向壓應力達極大值的轉角 由于： mm 所以： ，N/mm2 B點作為分離指根部的一點，在分離軸承推力F2作用下還受有彎曲應力： （3.18） 式中 n——分離指數(shù)目 n=18 br——單個分離指的根部寬 mm 因此： N/mm2 由于σrB是與切向壓應力σtB垂直的拉應力，所以根據(jù)最大剪應力強度理論，B點的當量應力為： N/mm2 N/mm2 膜片彈簧的設計應力一般都稍高于材料的局限，為提高膜片彈簧的承載能力，一般要經(jīng)過以下工藝：先對其進行調質處理，得到具有較高抗疲勞能力的回火索氏體， 第三章 離合器的設計計算 對膜片彈簧進行強壓處理（將彈簧壓平并保持12～14h），使其高應力區(qū)產(chǎn)生塑性變形以產(chǎn)生殘余反向應力，對膜片彈簧的凹表面進行噴丸處理，提高彈簧疲勞壽命，對分離指進行局部高頻淬火或鍍鋁，以提高其耐磨性。 故膜片彈簧和當量應力不超出允許應力范圍，所以用設數(shù)據(jù)合適。 3.7 扭轉減振器設計 減震器極轉矩 Nm 摩擦轉矩 Nm 預緊轉矩 Nm 極限轉角 扭轉角剛度 Nm/rad 詳細見圖3.5。 3.8 減振彈簧的設計 1減振彈簧的安裝位置 ， 結合mm，得取49mm，則。 2全部減振彈簧總的工作負荷 N 3單個減振彈簧的工作負荷 N 式中Z為減振彈簧的個數(shù)，按表3.9選擇： 取Z=6 表3.10　減振彈簧個數(shù)的選取 摩擦片的外徑D/mm 225～250 250～325 325～350 〉350 Z 4～6 6～8 8～10 〉10 第三章 離合器的設計計算 圖3.5 扭轉減振器 4 減振彈簧尺寸 （1）選擇材料，計算許用應力 根據(jù)《機械原理與設計》(機械工業(yè)出版社)采用65Mn彈簧鋼絲， 設彈簧絲直徑mm,MPa,MPa。 （2）選擇旋繞比，計算曲度系數(shù) 根據(jù)下表選擇旋繞比 表3.11　旋繞比的薦用范圍 d/mm C 確定旋繞比，曲度系數(shù) （3）強度計算 mm，與原來的d接近，合格。 中徑 mm；外徑 mm （4）極限轉角取 ，則mm 第三章 離合器的設計計算 （5）剛度計算 彈簧剛度 mm 其中，為最小工作力， 彈簧的切變模量MPa，則彈簧的工作圈數(shù) 取，總圈數(shù)為 （6）彈簧的最小高度 mm （7）減振彈簧的總變形量 mm （8）減振彈簧的自由高度 mm （9）減振彈簧預緊變形量 mm （10）減振彈簧的安裝高度 mm （11）定位鉚釘?shù)陌惭b位置 取mm，則，mm，mm，，合格。 3.9 操縱機構 汽車離合器操縱機構是駕駛員用來控制離合器分離又使之柔和接合的一套機構。它始于離合器踏板，終止于離合器殼內的分離軸承。由于離合器使用頻繁，因此離合器操縱機構首先要求操作輕便。輕便性包括兩個方面，一是加在離合器踏板上的力不應過大，另一方面是應有踏板形成的校正機構。離合器操縱機構按分離時所需的能源不同可分為機械式、液壓式、彈簧助力式、氣壓助力機械式、氣壓助力液壓式等等。 第三章 離合器的設計計算 離合器操縱機構應滿足的要求是[3]： （1）踏板力要小，轎車一般在80～150N范圍內，貨車不大于150～200N； （2）踏板行程對轎車一般在mm范圍內，對貨車最大不超過180mm； （3）踏板行程應能調整，以保證摩擦片磨損后分離軸承的自由行程可復原； （4）應有對踏板行程進行限位的裝置，以防止操縱機構因受力過大而損壞； （5）應具有足夠的剛度； （6）傳動效率要高； （7）發(fā)動機振動及車架和駕駛室的變形不會影響其正常工作。 機械式操縱機構有杠系傳動和繩索系兩種傳動形式，杠傳動結構簡單，工作可靠，但是機械效率低，質量大，車架和駕駛室的形變可影響其正常工作，遠距離操縱桿系，布置困難，而繩索傳動可消除上述缺點，但壽命短，機構效率不高。 本次設計的普通輪型離合器操縱機構，采用液壓式操縱機構。液壓操縱機構有如下優(yōu)點： （1）液壓式操縱，機構傳動效率高，質量小，布置方便；便于采用吊掛踏板，從而容易密封，不會因駕駛室和車架的變形及發(fā)動機的振動而產(chǎn)生運動干涉； （2）可使離合器接合柔和，可以降低因猛踩踏板而在傳動系產(chǎn)生的動載荷，正由于液壓式操縱有以上的優(yōu)點，故應用日益廣泛，離合器液壓操縱機構由主缸、工作缸、管路系統(tǒng)等部分組成。 mm，mm，mm，mm mm，mm，mm，mm 3.9.1 離合器踏板行程計算 踏板行程由自由行程和工作行程組成： （3.19） 式中，為分離軸承的自由行程，一般為mm，取mm；反映到踏板上的自由行程一般為mm；、分別為主缸和工作缸的直徑；Z為摩擦片面數(shù)；為離合器分離時對偶摩擦面間的間隙，單片：mm，取mm；、、、、、為杠桿尺寸。 第三章 離合器的設計計算 得：mm，mm，合格。 圖3.6 液壓操縱機構示意圖 3.9.2 踏板力的計算 踏板力為: 　　　　　　　　　　　　　 （3.20） 式中，為離合器分離時，壓緊彈簧對壓盤的總壓力；為操縱機構總傳動比，；為機械效率，液壓式：%，機械式：%；為克服回位彈簧1、2的拉力所需的踏板力，在初步設計時，可忽略之。N，，%；則 N 合格。 分離離合器所作的功為 式中，為離合器拉接合狀態(tài)下壓緊彈簧的總壓緊力，N，則 第三章 離合器的設計計算 J，合格。 3.10從動軸的計算 1．選材 40Cr調質鋼可用于載荷較大而無很大沖擊的重要軸，初選40Cr調質 。 2．確定軸的直徑 式中，A為由材料與受載情況決定的系數(shù)，見表3.11: 表3.12　軸常用幾種材料的及A值 軸的材料 Q235-A，20 Q275，35 （1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr,35SiMn 38SiMnMo,3Cr13 15～25 20～35 25～45 35～56 A 149～126 135～112 126～103 112～97 取，n 為軸的轉速，r/min，則 mm，取mm。 3.11 從動盤轂 從動盤轂是離合器中承受載荷最大的零件，它幾乎承受由發(fā)動機傳來的全部轉矩。它一般采用齒側對中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)動機的最大轉矩由表3.12選取： 一般取1.0～1.4倍的花鍵軸直徑。從動盤轂一般采用碳鋼，并經(jīng)調質處理，表面和心部硬度一般26～32HRC。為提高花鍵內孔表面硬度和耐磨性，可采用鍍鉻工藝；對減振彈簧窗口及與從動片配合處，應進行高頻處理。取，mm，mm，mm，mm，MPa。 驗證：擠壓應力的計算公式為：； 式中，P為花鍵的齒側面壓力，它由下式確定： ； 從動盤轂軸向長度不宜過小，以免在花鍵軸上滑動時產(chǎn)生偏斜而使分離不徹底， 第三章 離合器的設計計算 ，分別為花鍵的內外徑； Z為從動盤轂的數(shù)目；取Z=1 h為花鍵齒工作高度； 得N，MPaMPa，合格。 表3.13　花健的的選取 摩擦片的外徑 /mm /N.m 花健尺寸 擠壓應力 /MPa 齒數(shù) n 外徑 /mm 內徑 /mm 齒厚 /mm 有效齒長 /mm 160 49 10 23 18 3 20 9．8 180 69 10 26 21 3 20 11．6 200 108 10 29 23 4 25 11．1 225 147 10 32 26 4 30 11．3 250 196 10 35 28 4 35 10．2 280 275 10 35 32 4 40 12．5 300 304 10 40 32 5 40 10．5 325 373 10 40 32 5 45