DCT双离合器毕业设计.doc

上海工程技术大学毕业设计（论文） 自动变速箱离合器结构设计目 录摘要 1ABSTRACT 21 绪论 31.1选题原因及意义 31.2汽车变速箱及其离合器发展现状 41.2.1自动变速箱现状及发展趋势 41.2.2自动变速箱离合器现状及发展趋势 61.3当今主流自动变速器离合器介绍 61.3.1液力自动变速器(AT)离合器 61.3.2电控机械自动变速器(AMT)离合器 71.3.3无级变速器(CVT)离合器 81.3.4双离合器自动变速器离合器 91.4自动变速器离合器结构设计方案 92 离合器结构设计 102.1 离合器选型 102.2 干式双离合器工作原理 122.3 双离合器基本参数选择 142.3.1 基础公式确立 142.3.2 后备系数的选择 152.3.3 摩擦系数 的选定 162.3.4 膜片弹簧参数选择 162.4 本章小结 173 离合器从动盘总成设计 183.1 摩擦片设计 183.1.1 摩擦片主要参数的计算 183.1.2摩擦片尺寸的选用计算 193.1.3摩擦片校核 203.2 从动盘毂设计 223.3 扭转减振器设计 233.4 减振弹簧的设计 243.5本章小结 274 离合器压盘设计 274.1 离合器压盘设计 274.1.1 压盘传力方式的选择 274.1.2 压盘几何尺寸确定 284.1.3 压盘温升校核 294.3 本章小结 305 膜片弹簧设计 305.1 膜片弹簧 305.2 常开式离合器膜片弹簧的工作特性 315.3 膜片弹簧参数的选择和计算 345.4 本章小结 35结论 36参考文献 372摘 要离合器是汽车传动系中关键总成之一，它被配置在发动机和变速器之间，起到平稳传递转矩，防止过载等作用。自动离合器的设计直接关系到发动机能否有效传递扭矩-即直接关系到车辆的动力性的好坏。本文针对现代的小型乘用车，对现有各类离合器进行了性能分析并选择了双离合器进行结构设计。然后参阅图表标准，选择双离合器设计所需基本参数，再对其各部件进行尺寸和应力计算，最后对计算结果进行校核。本文具体设计了摩擦片、从动盘、扭转减振器、膜片弹簧、压盘等多个离合器部件，最后经过Catia进行总体装配，由三维模型出图。本次设计成果为常用7速干式双离合器，拟定了详细的设计、分析、装配等流程，达到了双离合器机械效率高的特点。关键词：双离合器，摩擦片，从动盘，膜片弹簧Structure Design of Automobile ClutchABSTRACTThe clutch of automatic transmission is an important part of the automobile transmission system, it connect directly with the engine and it can transfer torque smoothly, preventing overload and undertake other functions. The design of the automatic clutch is directly related to the engines ability to transmit torque effectively, which is what directly related to the power of the vehicle. This thesis aims at modern passenger car, analysis varieties of clutches performance and chose DCT as the design target. Then according to the vehicle parameters that have been determined to choose basic parameters and constraints. At the same time, select the dual clutch components. After calculation, make the parameters checking. The thesis particularly designed the friction plate, Clutch disc, torsional damper, diaphragm spring, pressure plate and other clutch parts. At last, assemble the clutch by Catia and drawing from the three-dimensional model.The design result is the commonly used 7 speed dry dual clutch,designed a detail process and The characteristics of high efficiency of dual clutch are achieved.Key words: dual clutch, friction plate, driven plate, diaphragm spring自动变速箱离合器结构设计吴琦 0621111161 绪论21世纪以来中国科技发展逐步跟上了世界的轨迹，汽车行业也未曾于此落后。随着中国经济的超速发展，人们越来越倾向于高科技与舒适性，传统的手动档机械变速器已不能再满足国人的需求。确实，在现今的中低端汽车市场中，手动变速器的车辆仍然是随处可见的，可是与自动变速器相比较，它已处在退役边缘。自动控制档位在日常家用中将有很大的可能性能够完全代替它的前辈，手动变速箱2。现在的汽车市场显示，中低档车存在手动变速器较多，而中高档车辆几乎已经完全普及自动变速器。目前，国内自动变速器的价格相对于手动变速器依旧较高，而对于中低端的市场开拓来说，这是不利的。而针对自动变速器的研究和开发就是要降低自动变速器的市场价格，简化结构的同时并同时尽量提高其性能，设计出能冲入中低端市场的自动变速器。由此可见，自动变速器未来的的发展空间仍然非常客观，值得我们投入资源去进行研究和开发，创造更加舒适的驾驶条件。1.1 选题原因及意义如今，离合器的各项核心技术都主要掌握在国外先进汽车企业中，它们对我国的态度大多都是只卖产品不卖技术，在中国的合作也只是坚持只生产不研发的策略，以便达到核心技术垄断。在这种国外先进汽车及其零部件企业对中国车企技术封锁的大背景下，国产汽车想要得到一定的发展，并拉进与国外老牌先进汽车的技术差距就只能通过国人自己努力不懈的研发，并掌握属于自己的核心技术。若只靠进口国外的成熟产品却无法掌握其核心技术，那么中国车企将永远只起到组装的作用，无法拥有属于国人的先进汽车和技术。作为学习了四年汽车工程知识的当代大学生，希望可以通过自己的努力和对汽车设计尚不成熟的认知，为国产汽车技术带来哪怕是一点点的绵薄之力。1.2 汽车变速箱及其离合器发展现状1.2.1 自动变速箱现状及发展趋势车辆销售量在国内外日益提升，很多家庭甚至拥有两台及以上的家用车，离合器作为汽车行业的上游产业，自然随着汽车销售量的增大而增加。离合器是有手动档和自动档两种种类之分的，根据国内汽车市场销售报告，除去出租车公司的大批量订单之外（出租车全部配备手动变速箱），散户在购买车辆时选择自动档的概率达到92.1%，许多豪华级车辆品牌，譬如奥迪、奔驰、凯迪拉克、雷克萨斯、克莱斯勒等在4S店已经全线停止供应手动档配置车辆，如此现状清晰的体现了自动控制档位的技术在现代汽车零配件市场的地位。自动变速箱在90年代时还是大众普及率比较少的一种变速器，现如今已经是使用率最高的一种变速器了。自动变速箱从1939年被研发出来至今已经拥有70多年的历史，在这段时间里，它的技术一直在各国工业科学家的手中创新和改进。科技的快速进步导致了人们对车辆各种性能的要求日益新高。与传统的手动变速箱相比较，自动变速箱的性能并不输于前者，虽然结构相对比较复杂，但是不用手动换挡这个特点使得自动变速箱愈发受到绝大多数消费者的垂青，尤其在这几年中，自动变速箱已经能更优秀地同时具备舒适性、经济性以及高机械传动性等性能，这些性能特点使其在世界各地汽车市场中能够占据愈发高的配备率。目前国内外的主流自动变速箱主要有四种形，它们是：液力自动变速箱（AT）、电控机械式自动变速箱（AMT）、无极式自动变速箱（CVT）、双离合自动变速箱（DCT）。从目前国内外汽车变速箱的装备现状上来看，此四种变速箱在工作方式和结构上各具它们的优势，国内外各个品牌的汽车厂家都在不断加快对现有变速器的改革和新品种的创新，而其目标只有一个，那就是以高科技这一点为特色，从而能够夺取更大的市场份额1。上文提及的几种变速箱特点、结构、工作模式包括零部件材料都各不相同，所以各个不同种类的变速箱根据其优势和劣势都有它们相对应的发展趋势。优势劣势及其对应发展趋势如表1.1、1.2。表1.1 各变速器的优势劣势各变速器优势劣势液力自动变速器1.舒适性好1.传递效率低、燃油经济系差2.功率传递能力强2.结构较复杂、制造成本高3.零件使用寿命长3.变矩范围有限、有换挡冲击电控机械式自动变速器1.传动效率高、燃油经济性最好1.换挡不平稳、舒适性差2.控制参量多、自动化难度大2.结构简单、制造维护成本低3.适用于多种车型无极式自动变速器1.无实际档位，舒适性好1.扭矩传递范围有限2.结构简单、体积小2.传动带易磨损，使用寿命短3.传动效率高，功率损失少3.制造繁复、核心零件需进口 双离合自动变速器1.换挡时间短1.电控系统复杂、实现难度大2.加速性能好、燃油经济性高2.生产成本高3.无功率传递限制3.核心控制模块被少数国外厂商掌控、普及性差表1.2为各变速箱型针对其现有缺陷的技术发展趋势。表1.2 各变速箱型发展趋势AT技术发展趋势ATM技术发展趋势CVT技术发展趋势DCT技术发展趋势传动系向多速发展提高系统可靠性协调化控制精确换挡提高扭矩传动效率滑轮优化设计提高在混合动力车上的应用率提高换挡性能完善控制技术满足运动车型的需求简化电控系统液力变矩器结构优化总成轻量化降低工作噪音换挡控制平稳性优化由上方数个表格可看出车辆变速器器的大致发展趋势主要注重在：(1） 动力传递(2） 电控精确性(3） 电控系统简化(4） 降低成本(5） 舒适性(6） 经济性1.2.2 自动变速箱离合器现状及发展趋势1885年末，戴姆勒制造出第一辆四轮汽车，当时的技术导致车辆并没有装备变速器，但是已经采取了齿轮啮合的传动手段，依靠齿轮把动力传递到传送带上，再由传送带再带动车轴转动。直到1889年，戴姆勒首次在四轮汽车上使用四速变速箱及摩擦离合器。直到上世纪90年代，第一款能够批量生产的自动离合器问世，此技术最早来自于德国，当ECU被加装在离合器上使奔驰产品取得了成功之后，其它老字号品牌如奥迪、宝马、保时捷等都相继研发装备了属于自己技术体系的自动离合器。目前，几乎所有离合器都采用膜片弹簧模式，最早的锥形离合器由于技术较为落后，并因其不再能满足现代车辆传递发动机高扭矩的能力而销声匿迹。自动离合器因为不需要驾驶员手动逐步换挡而备受市场追捧。在排量及扭矩输出较小的轻型轿车中，多使用单片或者多片干式离合器，在排量及输出扭矩相对较大的中大型车中，多使用湿式离合器。随着国人逐渐富足，拥有能力购买车辆的人越来越多，汽车销量增大直接导致离合器的销量增加，为了满足市场的需要科研人员们也逐步设计出了很多具有各自特点的离合器，从最基础的螺旋弹簧离合器，到液力变矩器，再到最新的电磁离合器等。从汽车推广上来看，这些年来车辆的关注点越加朝着经济性和舒适性靠拢。变速箱的传递效率决定经济性，电控单元的精确控制决定舒适性。科技发展也不光局限在自动控制方面，各种车辆的功率扭矩也逐渐的加大，车速越来越快，变速箱的载荷也越来越高，因此性能更好的离合器在市场上广泛需求。综上，离合器的转矩传递、自动控制、使用寿命及更加平顺的换挡将会成为变速箱主要科研攻关方向。1.3 当今主流自动变速器的离合器介绍1.3.1 液力自动变速器(AT)离合器AT是第一种被研发出来并大规模投入市场融入人们生活的自动变速器。液力变矩器在其中起到了离合器的作用。液力变矩器主要是由泵轮、涡轮和导轮等零件组成，通过传动液压推动变速拨片来调整齿轮比，从而达到所谓“变速”的效果。到如今已是2015年，自动变速器问世已经达到70多年，其技术的研究与发展已经十分成熟，在一般的家用系列轿车配备中占了很大的比例，不过由于新的技术不断完善，它将慢慢被更高级的变速技术取代。图1.1 液力自动变速器结构图1.3.2 电控机械自动变速器(AMT)离合器AMT的离合器依靠着三个电磁阀来控制，通过油压推动活塞来完成它的各种工作。控制单元会接收从离合器传来的电子信号，来自主判断离合器的工况，由此离合器便能随情况变化运作，使变速箱正常运行。图1.2 电磁阀截面图1.3.3 无级变速器(CVT)离合器无级变速器的离合器是装配在液力变矩器内的。一共有两种：单向离合器、锁止离合器。单向离合器的作用是在车速低的时候固定住导轮，起到增矩作用。锁止离合器：液力变矩器工作时依靠自动变速器的循环流动传递动力，在泵轮与涡轮之间存在着至少4%5%的转速差。由此可以看出，液力变矩器并不能完全传递发动机的动力，而是会产生一定机械效率的损失。所以科研人员在这个基础上又设计了锁止离合器，锁止效果使发动机动力几乎全部都能传递出来。达到更高经济性的效果。图1.3 单向离合器结构图1.3.4 双离合器自动变速器（DCT）离合器大家都知道双离合变速箱在不间断的传递动力方面有着非常大的经济性优势，但是要做到这一点并不是这么容易的。其结构的复杂程度几乎超过其它所有变速箱的离合器结构。首先，在双离合变速器内布置着两组离合器，并且这两组离合器都是依靠电子控制而且全都是由液压系统推动工作的，此种变速箱依靠着两组离合器不断配合工作来实现换挡的无缝接合。由此可见，这种双离合的结构设计已经完全推颠覆了之前所有其它形式的变速箱结构，开创出了一片新的离合器领域。图1.4 双离合器工作原理图1.4 自动变速器离合器结构设计计划方案 （1）离合器种类选定 选择本次课题所要设计的离合器种类，并给出详细的依据。 （2）离合器基本参数选择 首先根据离合器整体参数设计需求选取合适的计算表达式，其次对后备系数，摩擦系数，膜片弹簧钢板厚度、截锥高度等基本参数进行选定。 （3）离合器从动盘总成设计 此部分设计主要涉及三个部件，分别为摩擦片、从动盘毂和扭转减振器。首先，查阅资料掌握摩擦片的特质，然后开始进行摩擦片尺寸选型，之后计算出它的摩擦力有效半径和单位压力，最后进行数据校核。从动盘毂的设计流程包括花键的尺寸选择和挤压应力以及剪切应力的强度校核。扭转减振器的设计包括四个主要参数（极限转矩、扭转刚度、预紧转矩、摩擦转矩）的计算和减震弹簧的设计计算。（4）离合器压盘设计 本部分设计主要是选择它的材料和尺寸，其尺寸包括内外径、凸台高度和压盘厚度。在所需尺寸计算完成后进行对压盘的温升校核。（5）膜片弹簧设计首先根据膜片弹簧的工作要求选择设计材料，其次确定其几何尺寸参数，其主要尺参数据包括：内截锥高度H和钢板厚度h、碟簧内外半径R和r、切槽宽度d等。（6）双离合器装配图及零件图绘制根据计算得到以上各部件的尺寸，对歌部件进行三维建模，然后由CAD出图。2 离合器结构设计2.1 离合器选型基于DCT不仅起到了快速直接切换档位的作用，还能有效继承其它离合器的高传动效率、简易起步操控、降低动力传递过程中产生的噪音以及超负荷保护等重要作用。本文选择设计双离合器自动变速器离合器。当今市场上可见的DCT分两种：干式和湿式双离合形式。从工作模式上来讲，此两种离合器其实都是由一种工作方式运作。他们工作时的不同之处就在于其摩擦片的散热方式。湿式离合器的两组摩擦片被密封在一个油腔里，表面完全被油液包裹，依靠油液来散热冷却。干式离合器的摩擦片则因缺乏油液或者其它液体的辅助散热，所以所有摩擦中产生的热量只能经由空气流动这种传统方法来进行耗散，但是，气体的比热容要远小于液体和固体，所以干式离合器散热十分缓慢。双离合器问世也有近十年的时间了，在其发展过程中，人们也会把这两种离合器相比较，得出两者的优势及劣势，具体如表2.1：表2.1 干式离合器和湿式离合器优劣对比类型优势劣势干式离合器1、机械效率高2、轴向长度小1、直径大2、长时间滑摩时控制困难3、控制难度大4、滑摩过程中摩擦特性变化较大湿式离合器1、 直径小2、 摩擦特性稳定3、 较容易控制1、轴向长度大2、液压系统导致效率降低3、离心压力对活塞的影响由于湿式离合器相对价位较高，而市场需求最大的版块是在中等阶层，车型承受扭矩较小，干式离合器完全能满足需求且降低成本，因此本文挑选了干式双离合器为模板进行设计。下图2.1为干式双离合器爆炸结构图，零部件部分便根据下图所示设计：图2.1 干式双离合器爆炸结构图2.2 干式双离合器工作原理干式双离合器与传统推式膜片弹簧离合器大致相似，它的优点是它具有简单的结构，容易进行离合器间隙调整，而且由于质量较小，所以传动件的转动惯量也较小，同时它也能够彻底的分离，对于过载保护也拥有更好的措施，除此之外，它的生产成本也更低3。此种离合器的构造大致为以下几部分： 主动部分：双质量飞轮、驱动盘、离合器壳体； 从动部分：K1离合器从动盘、K2离合器从动盘； 压紧装置：K1离合器膜片弹簧、K2离合器膜片弹簧压盘、支承固定铆钉、传动片； 分离机构：分离轴承、离合器壳体支撑环；干式双离合器的工作原理如图（2.1）所示：第一输入轴与其从动盘花键连接，控制、奇数档位，空心轴套在第一输入轴上，与从动盘花键连接，控制、偶数档位。双质量飞轮一侧连接发动机，另一侧装配在干式双离合器壳体上，将发动机转矩传递至离合器壳体，同时带动着离合器盖作为一个主动元件，随着发动机一起旋转。与离合器壳体固定连接的驱动盘作为主动部分，通过传力片与壳体相连接，并随壳体一起转动。在双质量另一侧的壳体端，安装着K1和K2的膜片弹簧及离合器操纵机构。当驾驶员将变速器操纵杆置于奇数档位时，K1膜片弹簧在操纵机构的作用力下，其小端延轴向方向向双质量飞轮端运动并在杠杆作用下，迫使膜片弹簧大端带动离合器盖延轴向方向做反向运动，并带动压紧装置将K1从动盘向驱动盘移动，由于膜片弹簧产生的轴向压力，使其与压盘逐渐接合，并完成离合器的动力接合过程。至此，K1从动盘与发动机转速一致，并通过花键将发动机转矩传递至输入轴1，继而传递至变速箱，完成进一步的减速、增矩变换过程。同理，当驾驶员将变速杆置于偶数档位时，K2膜片弹簧受操纵机构作用力，其小端延轴向方向向飞轮端移动，其大端与固定连接与压盘上的离合器内部支撑盖接触，并形成杠杆，膜片弹簧与K2离合器压紧机构接触点将杠杆力作用于压紧机构，并致使其延轴向移动至驱动盘，并在膜片弹簧的作用力下，逐渐与驱动盘接合。至此，K2离合器从动盘与发动机转速一致，并通过花键将转矩传递至空心轴2，进而完成变速器的变速操作11。因为双离合器具有预选档位的作用，因此它能够实现快速换挡操作。如果速度从1档增加到2档，本来接合的K1离合器会在操纵机构的作用下自动断开，而本来断开的K2离合器此时会逐渐接合，动力就会从1轴传递到2轴，2档则由预选状态进入工作状态。在变速箱工作期间，有一组齿轮是处于啮合状态的，这个时候下一档位的齿轮组会处在预选的状态，它随时准备根据车速提升而进行啮合，此时该档位的摩擦片与中间驱动盘仍处于分离状态；一旦速度增加达到下一个档位，上一档位的齿轮组分离，此时已处于预选状态的齿轮组啮合。这一系列的变换过程都是由车载处理器控制而同时进行的操作，因此它的换挡速度要比传统的变速器更加迅速，在换挡过程中，双离合器会保证至少有一组齿轮处在啮合状态，从理论上来说，即使在换挡间隙，变速器也依然会有动力传递，杜绝了其它变速器会出现的换挡时动力短暂中断的情况。其结构如图2.2：图2.2 干式双离合器工作原理图2.3 双离合器基本参数选择2.3.1 双离合器整体参数设计本次设计模板为奥迪A3三厢2014舒适版，其所配备离合器为DSG7速干式双离合器。车辆参数如表2.2 ：表2.2 车辆原始数据汽车的驱动方式前置前驱车重1345kg满载质量1815kg发动机最大功率110KW发动机最大转速5000r/min发动机最大扭矩250N.m操纵形式液压操纵摩擦片最大外径f=250mm踏板行程mm汽车最大时速215 km/h ： （2.1）离合器静摩擦力矩表达式可表示为： （2.2）式中：静摩擦系数，计算时一般取0.250.3 F压盘加于摩擦片的工作压力 （2.3）式中：D摩擦片外径 d摩擦片内径 当d/D0.6时，Rc可相当准确的由下式计算 （2.4） 压盘工作压力F为摩擦片单位压力P0与一个摩擦面的面积A的积： （2.5） 上式中A为结构系数，它反映了不同结构和使用条件对摩擦片外径的影响，可参考下列范围： a 小轿车A=47； b 一般载货汽车A=36（单片）或A=50（双片）； c 自卸车或使用条件恶劣的载货汽车A=19；将上式与（2.3）代入（2.2）可得： (2.6) 式中C摩擦片内外径之比，2.3.2 后备系数的选择代表的是离合器所能够传递最大扭矩和变速箱匹配的发动机所发出的极限扭矩的比值。这个值越大，那么该离合器能够传递扭矩的性能也越可靠，其值的大小也决定了离合器尺寸的大小，因此该值的选取既不能太小，也不能太大。当设计者在选择后备系数的时候，不能只考虑最初始的工作状态，同时还要考虑到工作一段时间后，离合器摩擦片发生磨损之后的工作状态。所以应根据实际情况酌情选择。不同类型车辆取值选择如下表2.3 表2.3 各类汽车的的取值范围汽车类型后备系数轿车和微型、轻型汽车1.21.75中型和重型汽车1.52.25重型汽车和牵引汽车1.84.0本次设计模版车型为紧凑型轿车，因此此处取=1.3；2.3.3 摩擦系数 的选定摩擦系数是物体的固有属性，它的值只与摩擦片的材料有关。现代汽车工业中主要选取两种材料作为离合器的摩擦片材料，即金属型和非金属型两种，而这两种大类又可细分为多种组合。表2.4中列出了几种常用材料的摩擦系数和许用应力的取值范围。表2.4 常用摩擦材料性能摩擦副材料摩擦系数 许用压力 P0(Mpa)干式湿式干式湿式钢、铸铁对钢0.150.180.030.080.250.400.61.0钢、铸铁对石棉0.250.30.080.150.100.250.20.5钢、铸铁对粉末冶金0.250.40.060.120.400.601.22.0钢、铸铁对纸基衬面-0.100.13-0.52.5因为干式双离合器的主要缺点便是散热性能差，因此在选择材料时因将这一缺点作为重点考虑，所以本文在设计时选择了抗热能力比较强的粉末冶金和铸铁来当作摩擦片的材料，K1离合器摩擦系数取值为，K2离合器摩擦系数取值为。2.3.4 膜片弹簧参数选择 膜片弹簧结构参数直接影响膜片弹簧特性曲线的形状，各影响参数叙述如下：下图2.3、2.4为膜片弹簧结构图与弹簧特性曲线图：图2.3 膜片弹簧结构简图 膜片弹簧离合器的负荷特性曲线和分离特性曲线如图2.3图2.4 膜片弹簧离合器的特性曲线2.4 本章小结本段首先举例分析了市场上不同类型的双离合器，并举出理论依据选择了7速干式双离合器作为设计方案。后详细介绍了离合器的结构和运作方式，为整篇论文之设计方向打下了基调。后半段开始选择本次设计所需的基础公式和数据。公式大致包括：发动机最大转矩、离合器静摩擦力矩、摩擦片有效摩擦半径等；而这些数据大致有：离合器最大静摩擦力矩、发动机最大转矩、车辆后备系数、摩擦片摩擦系数等。3 离合器从动盘总成设计3.1 摩擦片设计摩擦片是离合器传递动力的重要部件，合格的摩擦片应该具有以下特质：（1）摩擦系数稳定，单位压力的变化对其影响小16；（2）优良的耐高温性；（3）具有良好的机械强度；（4）有利于接合平顺；3.1.1 摩擦片主要参数的计算摩擦片的静压力： = 325 N （3.1）式中：离合器后备系数（） 摩擦片的外径可有式:求得。为直径系数，可根据3.1选取合适的值。取，得D=230.84mm。表3.1 直径系数的取值范围车型直径系数乘用车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14t的商用车22.524.0摩擦片的尺寸的选择标准如表3.2表3.2 离合器摩擦片尺寸和参数外径Dmm160180200225250280300325内径dmm110125140150155165175190厚度/mm3.23.53.53.53.53.53.53.50.6870.6940.7000.6670.6200.5890.5830.5850.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.800单面面积cm2106132160221302402466546 本次设计选用玻璃纤维摩擦材料的摩擦片，玻璃纤维摩擦材料对粉末冶金与铸铁的滑动摩擦系数 f =0.35-0.40，因此取f=0.40。 3.1.2 摩擦片尺寸的选用计算 摩擦片外径的选取,根据计算及车型考虑选取： D1 =250mm D2 =250mm 摩擦片内径的选取： 摩擦片内外径比由表3.2，取c1=0.62，c2=0.62，则得出： d1 =155mm d2 =155mm摩擦片摩擦力有效作用半径 Rc 计算： =103.1mm， =103.1mm摩擦片厚度 b 的选择： 根据表3.2所对应数据取摩擦片厚度 。离合器的静摩擦力矩为： （3.2） 与式（3.1）联立得： （3.3） 代入数据得：单位压力p1=0.4455MPa，p2=0.4455MPa。3.1.3 摩擦片基本参数的校核（1）摩擦片外径D（mm）的选取应使最大圆周速度不超过6570m/s，即m/s在可控范围内。 式中，vD-摩擦片最大圆周速度（m/s）；为发动机最高转速(r/min)。（2）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径d必须得比减震器弹簧的位置直径还要再大出50mm，即： mm (3.4) （3）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应许值，即： (3.5) （3.6） 式中，为单位摩擦面积传递的转矩(N.m/mm2)，可按表3.3选取。经检查,合格。表3.3 单位摩擦面积传递转矩的应许值离合器规格028030035040（4）摩擦片单位压力的最大范围为0.111.50MPa,即：MPaMPap1=0.4455MPa，p2=0.4455MPa 单位压力在最大范围内，所以合格。（5）与单位面积摩擦转矩相同，滑磨值也是衡量摩擦力过载保护的一个重要参数，该值通常因小于其应许值，即： （3.7）式中,为单位摩擦面积滑磨(J/mm2)；为其许用值(J/mm2)，对于乘用车，J/mm2，对于最大总质量小于6.0t的商用车，J/mm2，对于最大总质量大于6.0t商用车，J/mm2 ， W为汽车起步时离合器接合一次所产生的总滑磨功（J），可根据下式计算12： （3.8）式中，为汽车总质量(Kg)，取ma=1815kg；为轮胎滚动半径（m），取rr=0.316m；为传动比，取ig1=4.45；为主减速器传动比，取i0=4.2；为发动机转速r/min。计算时乘用车取r/min，商用车取r/min。代入式（3.7）得J，代入式（3.6）得，检验合格。下图3.1为摩擦片三维建模图图3.1 摩擦片三维建模图3.2 从动盘毂设计从动盘毂在离合器中基本上要承载从发动机传递而来的所有扭矩。从动盘毂需在和花键接合后才能可靠的传递发动机的动力。花键的尺寸选择可根据下表。 表3.4 GB1144-74从动盘外径D/mm发动机转矩花键齿数n花键外径D/mm花键内径d/mm键齿宽b/mm有效齿长l/mm挤压应力16050102318320101807010262132011.820011010292342511.322515010322643011.525020010352843510.428028010353244012.730031010403254010.7 从动盘毂通常由40Cr，45号钢，35号钢锻造，并经过调制处理，HRC2832. 由表3.4选取得：n=10、D=35、d=28、b=4、l=35。花键尺寸选定后应进行挤压应力以及剪切应力的强度校核：式中：D,d分别为花键外径及内径； n为花键齿数； l，b分别为花键的有效齿长及齿宽； 校核：；符合强度要求。下图3.2为从动盘毂三维建模图：图3.2 从动盘毂三维建模图3.3 扭转减振器设计扭转减振器是变速箱中最为重要的总成件之一，它起到了连接输出轴与摩擦片的重要作用。它主要是由弹性元件（本文为螺旋弹簧）和阻尼元件（本文为减振摩擦片）等结构组成。弹性元件的主要作用是用来衰减接合过程中产生的振动，从而避免从动盘与发动机在接合过程中产生的共振和因此带来的发动机和离合器的振动损耗。阻尼元件的主要作用则是尽可能的消耗振动能量，使得从动盘稳定转动，并使其能平顺接合。在设计扭转减振器的过程中应当特别考虑到以下四个应力参数：(1）极限转矩该值受到发动机传递的极限转矩值直接影响，而且两值成正比关系。其表达式如下： (3.9) 式中：商用车的系数取为1.5；乘用车的系数取为2.0。本次设计中所选车辆模版为紧凑型车，所以此次系数取为2.0，则=500 Nm.(2）扭转刚度根据扭转刚度的定义，其表达式可选为： (3.10)本次设计初选则(3)阻尼摩擦转矩阻尼摩擦转矩可以有效地消减在离合器传递发动机转矩时所带来的振动，其范围表达式可按下式： (3.11)选取=0.1，由此=50Nm。(4)预紧转矩 为了降低甚至消除扭转减振器的共振，在安装减振弹簧的时候，往往需要设置预紧转矩，但是预紧转矩需要控制在一定范围内，否则不仅会产生逆向共振，也会影响到减振器的正常工作。其公式范围如下： (3.12) 取系数为0.1，则=50Nm3.4 减振弹簧的设计（1）减振弹簧的安装位置，结合mm，得mm，。由此取R0=55mm （2）全部减振弹簧总的工作负荷N（3）单个减振弹簧的工作负荷N式中Z为减振弹簧的个数，按表3.5选择，取Z=6。表3.5 减振弹簧个数的选取 摩擦片的外径D/mm225250250325325350350Z466881010（1）选择材料，计算许用应力弹簧材料采用65Mn弹簧钢丝，设弹簧丝直径mm，则许应力为：MPa。（2）选择旋绕比，计算曲度系数。 可根据下表选择旋绕比：表3.6 旋绕比的荐用范围d/mmC确定旋绕比，曲度系数。（3）强度计算mm，与原来的d接近，合格。 中径 mm；外径 mm。（4）极限转角，取 ，则mm。（5）刚度计算弹簧刚度：mm。其中，为最小工作力，。弹簧的切变模量MPa，则弹簧的工作圈数： 取，总圈数为。（6）减振弹簧的最小高度考虑到减振弹簧工作时被压缩弹簧各圈之间必须有一定的间隙，可取为mm（7）减振弹簧的总变形量即减振弹簧在最大工作载荷下产生的最大压缩变形量：mm（8）减振弹簧的自由高度即为减振弹簧在空负荷时的高度：mm（9）减振弹簧预紧变形量即减振弹簧被压缩时的预变形量：mm（10）减振弹簧的安装高度安装高度推荐值A=2527mm取A=26mm。mm 下图3.3 为扭转减振器三维建模图：图3.3 扭转减振器三维建模图3.5 本章小结从动盘是离合器中最重要的几个零部件之一，无论是传递发动机扭矩，还是起步及时换挡或者是及时切断动力，都必须依靠从动盘。从动盘选择材料的要求较高，根据它的工作特性，材料的选择条件大致为：拥有足够高温抗性、耐磨、具备足够的材料刚度等。从动盘总成中的主要部件大致为摩擦片、从动盘毂及扭转减振器。本章详细描绘了此三个部件的设计过程，得到了最后的设计所需参数，并对各参数进行了校核。总体来说计算出了设计从动盘总成内各部件所需数据。4 离合器压盘总成设计4.1 离合器压盘设计压盘的设计包括传力方式的选择及其几何尺寸的确定两个方面。4.1.1 压盘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，所以他必须和飞轮有一定的联系，但这种联系又应允许压盘在离合器分离过程中能自由地做轴向移动，使压盘和从动盘脱离接触。压盘和飞轮间常用的连接方式有以下几种，见图4.1及图4.2：（a）凸台-窗孔式；（b）传力销式；（c）键槽-指销式；（d）键齿式；（e）弹性传动片式图4.1 压盘的传力方式由上图4.2可以看出，在压盘的上方是铸有相应的凸台的，凸台伸进盖上的窗口，由离合器盖带动压盘。压盘厚度的确定主要依据以下两点:（1）压盘应该具有足够的质量（2）压盘应具有足够大的刚度压盘设计时，在初步确定压盘厚度以后，应该校核离合器接合一次的温升，它不应超过810，若温度过高，可适当增加压盘的厚度。4.1.2 压盘几何尺寸确定已知摩擦片的外径D=250mm，内径d=155mm。确定压盘的外径D=251mm，内径d=153mm。压盘的厚度一般取在1525mm，本次设计取20mm。压盘凸台高度由膜片弹簧的最大变形量确定，要保证在膜片弹簧变形的过程中，压盘与之不会发生干涉。已知膜片弹簧的最大变形量H=4.2mm，为了确保不会发生干涉，压盘凸台高度取6mm。4.1.3 压盘温升校核压盘的厚度初步确定之后，应校核离合器一次接合的升温。升温不应超过C。压盘材料选择铸铁HT250. （4.1） 上式中,为压盘温升；c为压盘的比热容；J/(KgC)；为传到压盘的热量所占的比例，对单片离合器压盘；，W滑磨功已知W=11368J为压盘的质量Kg。将上述数据代入，=得C，经验证合格。 下图4.2为压盘三维建模图：图4.2 离合器压盘三维建模图4.3 本章小结 本章主要详细叙述了离合器压盘总成的设计过程，选择了相对合适大众车辆应用的传力方式（综合式）。一个合格的压盘应该具备足够的刚度和厚度，具体参数则根据车型所确定。所要注意的是，虽然压盘是装配在摩擦片上的，但是压盘所选取的尺寸并不是像理论上一样与摩擦片尺寸一样，而是外径应该稍大一点，内径应该稍小一点。最重要的是，必须控制好温升，在温升超过限制范围时，可适当的增厚压盘来限制温升。5 膜片弹簧设计5.1 膜片弹簧 膜片弹簧使用优质高精质钢。其碟簧部分的尺寸精度要求高，碟簧材料为60SiMnA。为了提高膜片弹簧的承载能力，要对膜片弹簧进行调质处理。要防止膜片内缘离开，同时对膜片弹簧进行强压处理（将弹簧压平并保持小时），使其高压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，喷丸是0.8的白口铁小丸，可提高弹簧的疲劳寿命。同时，为提高分离指的耐磨性，对其进行局部高频淬火式镀铬。采用乳白镀铬，若膜片弹簧许用应力可取为15001700N/mm28。5.2 常开式离合器膜片弹簧的工作特性常开式离合器膜片弹簧工作状态可分为三种: (a)自由状态 (b) 空行程状态 (c) 压紧状态图5.1 常开式离合器膜片弹簧工作状态 空行程状态：执行机构驱动压紧轴承对接合指端部施加推力，使膜片弹簧以碟簧大端支撑环面为支点受到压缩，膜片弹簧中部推动压盘前进，由于压盘与离合器摩擦片之间存在间隙，因此此时压盘并不提供压紧力8。 压紧状态：压紧轴承继续对接合指施压，膜片弹簧继续受到压缩，从而推动压盘压紧摩擦片，转矩得以传输。膜片弹簧由施加在接合指上的推力通过膜片弹簧的杠杆作用在压盘上产生转矩传递所需的压紧力。膜片弹簧弹性特性关系式： （5.1） 自由状态：在离合器不运作时，膜片弹簧不受除了安装压力以外的压力，此时其状态即为自由状态。 式中：E材料的弹性模量（MPa），对于钢：E=2.1105MPa； 材料的泊松比，对于钢：=0.3；图 5.2 常开式离合器膜片弹簧结构简图图中：Fm、F2为离合器压盘压紧力和作用在膜片弹簧接合指处的接合力； 、为自由行程下的接合指位移和压紧状态下的接合指变形； Rm、L分别为压盘加载点和支承环加载点半径； R、r分别为自由状态下碟簧部分大、小半径； H膜片弹簧自由状态下碟簧部分的内截锥高度； h膜片弹簧钢板厚度； 1膜片弹簧小端槽宽； 2 膜片弹簧窗孔槽宽；在空行程阶段，若使碟簧产生同样变形量，作用于碟簧外半径处的压紧力F与作用于接合指部分半径为rf处的载荷F2 的关系应为： （5.2）此时膜片弹簧中部与压盘接触点Rm处的变形量m与的关系为： （5.3）因此得到F2 与lm 的关系如下： （5.4）假设当压盘压紧时膜片弹簧接合指端的压力为F2 ，则压盘压紧力Fm 与接合指压力增量DF（DF = F2 -F2 ）满足如下关系： （5.4）假设离合器进入压紧阶段后接合指的变形为l（如图5.2），则跟据悬臂梁理论可以得到l与DF 存在如下关系： （5.5） 式中： n分离指（接合指）数量； 根据式5.4和5.5即可得到膜片弹簧小端变形量l 与压盘压紧力Fm 之间的关系式： （5.6）由上述分析可得常开式离合器膜片弹簧载荷变形特性曲线如图5.3所示。图5.3 常开式离合器膜片弹簧载荷变形特性5.3 膜片弹簧基本参数的选择和计算比值H/h和h的确定图5.4 膜片弹簧弹性特性曲线汽车离合器用膜片弹簧的板厚h一般为24mm。根据以上要求初步选定参数如下：膜片弹簧1厚度h1=2.8mm；膜片弹簧2厚度h2=2.8mm；膜片弹簧1自由状态下碟簧部分内节锥高度H1=4.2mm；膜片弹簧2自由状态下碟簧部分内节锥高度H2=4.2mm；根据结构布置和压紧力的要求，R/r一般为1.151.35。综合考虑以上因素以及干式双离合器空间布置要求5，初步确定膜片弹簧基本参数如下：表5.1 膜片弹簧结构参数R(mm)r(mm)L (mm)Rm(mm)r0 (mm)h(mm)H(mm)弹簧 11159595112.5952.84.2弹簧 21159595112.5952.84.2根据以上参数计算得到膜片弹簧的R/r=115/95=1.21接合指数n、切槽宽度d的确定接合指数目n常取18，由于常开式离合器中主要强调膜片弹簧的杠杆作用，要求膜片弹簧接合指的刚度要足够，因此为了尽可能提高接合指的刚度应尽量减少接合指的数量以增加其刚度8。设计中n取18，d=4mm。膜片弹簧起始圆锥底脚 汽车膜片弹簧起始圆锥底脚一般在915之间，由=H/(R-r)可计算得：=1231,符合要求。下图5.5为膜片弹簧三维建模图：图5.5 膜片弹簧三维建模图5.4 本章小结 章节从膜片弹簧使用的材料开始进行一步步选择，由此了解了国内一般被选作膜片弹簧加工的材料为60Si2MnA。膜片弹簧安装在压盘附近，由此需要一定强度的承载及复原能力。为了满足要求，