北京现代汽车离合器的设计【优秀毕业课程设计】

- 1 - 汽车离合器设计 摘要： 离合器通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离的机构。本文选择北京现代汽车的基本参数，按照这些参数通过计算校核设计一款适用的离合器，主要设计了离合器的压盘、离合器盖、从动盘、膜片弹簧和操纵机构，分别用 了二维图和 了三维图。 关键词： 北京现代汽车；离合器；膜片弹簧；压盘； 计 - 2 - in is is of of is a on of in of by a of - 3 - 目 录 1 绪论 4 车离合器的发展 4 合器的现状 5 合器的功用 6 合器的工作原理 7 8 2 离合器的结构方案设计 10 动盘的选择 10 紧弹簧和布置形式的选择 10 盘的驱动方式 10 合器的散热通风 11 片弹簧 离合器的特点 11 定离合器的类型 11 计内容 12 3 离合器的基本参数及尺寸选择 13 合器后备系数 的确定 14 位压力0 14 擦片 15 合器基本参数的优化 15 4 离合器压盘和离合器盖设计 18 盘传动方式的选择 18 盘及传动片的材料选择 19 盘性能校核 19 合器盖的设计 20 5 从动盘的设计 22 动盘设计 22 擦片的选择和三维图 22 动片的选择和设计 24 - 4 - 动盘毂的设计 25 振器的设计和三维图 27 6 膜片弹簧的设计 34 片 弹簧的概念 34 片弹簧的弹性特性 34 片弹簧的强度计算 36 片弹簧基本参数的选择 37 7 离合器操纵系统的设计 39 合器踏板位置，行程和踏板力 39 纵系统周边工作环境和时间因素的影响 40 合器操纵系统 41 纵传动的设计与计算 43 总结 47 附件 48 参考文献 53 - 5 - 1 绪论 车离合器的发展 根据德国出版的 2003 年汽车年鉴， 2002 年世界各国 114 家汽车公司所生产的 1864 款乘用车中，手动机械变速器车款数为 1337 款；在我国，乘用车中自动挡车款式只占全国平均数的 若考虑到商用车中更是多数采用手动变速器，手动挡汽车目前仍然是世界车款的主流（当然不排除一些国家或地区自动挡式车款是其主流产品）。至于未来，考虑到传动系由 自动传动系过渡，采用 术其产品改造较为容易，因此 术是自动传动系统有力的竞争者。可以说，从目前到将来离合器这一部件将会伴随着内燃机一起存在，不可能在汽车上消失。 在早期研发的离合器机构中，锥形离合器最成功。他的原型设计曾在 1889 年德 国戴姆勒公司生产的钢质车轮的小汽车上，它是将发动机飞轮的内孔做成锥体作为离合器的主动件。采用锥体离合器的方案一直沿用到 20世纪 20年代中叶，对当时来说，锥形离合器的制造比较容易，摩擦面易修复。它的摩擦材料曾用过驴毛带、皮革带等。那是也曾出现过蹄 结构形式有利于在离心力作用下使蹄紧贴鼓面。蹄 革带等，蹄 论锥形离合器或蹄 容易造成分离不彻底甚至出现主、从动见根本无法分离的自锁现象。 现今所用的盘片式离合 器的先驱是多片盘式离合器，它是直到 1925 年以后才出现的。多片离合器最主要的优点是，在汽车起步时离合器的接合比较平顺，无冲击。早期设计中，多片按成对布置设计，一个钢盘片对着一青铜盘片。采用纯粹的金属对金属的摩擦副，把它们浸在油中工作，能达到更满意的性能。 浸在油中的盘片式离合器，盘子直径不能太大，以避免在高速时把油甩掉。此外有些容易把金属盘片粘住，不易分离。 石棉基摩擦材料的引入和改进，使得盘片式离合器可以传递更大的转矩，能耐受更高的温度。此外，由于采用石棉基摩擦材料后可以用较小的摩擦面积，因而可以减少摩擦 片数，这是有多片离合器向单片离合器转变的关键。 早期单片干式离合器有与锥形离合器先类似的问题，即离合器接合时不够平顺。但是由于单片干式离合器结构紧凑散热量好，转动惯量小所以以内燃机为动力的汽车经常采用它，尤其是成功开发了价格便宜的冲压件离合器盖以后更是如此。 第一次世界大战后初期，单片离合器的从动盘金属片上没有摩擦面片，摩擦面片是贴附在主动件飞轮和压盘上，弹簧布置在中央，通过杠杆放大后作用在压盘上。后来改用多个直径较小的弹簧（一般至少 6 个），沿着圆周布置直接压在压盘上，成为现今最为通用的螺旋弹簧布置方法。这 种布置在设计上带来了实实在在的好处，是压盘上弹簧的工作压力分布更均匀，并减小里轴向尺寸。 随着人们对汽车舒适性要求的提高，离合器已在原有基础上得到不断改进，乘用车上愈 - 6 - 来愈多地采用双质量飞轮的扭转减震器，能更有效地降低传动系噪声。 近年来湿式离合器在技术上不断改进，在国外某些重型牵引汽车和自卸汽车上有开始采用多片湿式离合器。与干式离合器相比，由于用油泵进行强制冷却的结果，摩擦表面温度较低（不超过 93），因此起步时长时间打滑不至于的烧损摩擦片。据报道这种离合器有着良好的起步能力，其使用寿命可达干式离合器的 5 合器的现状 刘志勇和夏毅敏在 汽车离合器从动盘减振弹簧的结构改进 中提出： 通过把汽车离合器从动盘的减振弹簧进行一定的结构改进 ,使得减振弹簧的刚度由原来的单级刚度变成了 3级刚度 ,并可随着路况及负荷的变化而使刚度发生变化 ,从而既提高了乘客乘坐的舒适性又增强了汽车的承载能力和可靠性 1 。 梁小立 和 鲁统利在 汽车离合器从动盘减振等级的选择与调试中指出： 随着汽车技术的发展 , 汽车用户对乘坐舒适性的要求越来越高 , 汽车制造厂家纷纷选择价格昂贵的双质量飞轮和带多级减振器的离合器从动盘进行隔振 , 来降 低一些令人烦躁的振动噪音 。 结合实际的开发项目 , 通过相关的仿真与 试分析 , 选择合理的从动盘减振器部件 、 预减振和主减振等级 , 这样既满足了汽车消费者舒适性的要求 , 也能满足目前降低汽车制造成本的必然趋势 , 为离合器从动盘的设计 、 选择 、 使用提供一些借鉴 2 。 桓耀辉在汽车离合器从动盘扭转疲劳试验断裂原因分析一文中指出：离合器是汽车发动机和变速器的重要部件，碳氮共渗处理是一种比较有效的表面强化工艺 ,碳、氮可以同时存在在部件表面 ,可以提高部件表面强度尤其是疲劳强度 ,并增强耐蚀性和耐磨性 ,进而使部件寿 命提高 3 。 黄新明 , 武生玉在汽车离合器从动盘自由行程检测机的改进中介绍了对法国瓦雷奥(公司生产的汽车离合器从动盘自由行程检测机的半自动化改进方案 ,同时 ,介绍了改进后的自由行程检测机的结构、工作过程以及原理 4 。 孙爱武 ,荣潍剑 ， 马明君在汽车离合器分离轴承技术发展提出：对离合器分离轴承技术主要发展历史进行了描述 ,同时除离合器分离轴承外 ,文中还揭示了与离合器分离轴承相连的构件的相关设计研究 ,并尝试解释工作系统内所有控制件的单个设计特性及系内连接构件间的相互影响 5 。 颜克志在 汽 车离合器接合过程中的稳定性分析研究 中指出：建立了 建立了离合器状态转化逻辑真值表 ,对离合器的接合过程进行了稳定性分析 ,并在 态分析和动态仿真结果说明 ,在离合器接合过程中 ,当离合器摩擦系数变化率趋于负值时 ,系 统接合过程不稳定 ,出现自激振动 ,同时离合器接合压力的波动也会增加自激振动的可能性 ,最后为离合器的优化和控制提出了合理建议 6 。 肖文颖 , 许海华在 汽车离合器膜片弹簧的优化设计 提到：新的设计手段日益涌现 ,其中优化 设计是在计算机广泛应用的基础上发展起来的一项新技术。文中通过分析离合器的 - 7 - 变形特性和多种约束条件 ,在参考成熟离合器结构参数的基础上 ,提出了一种离合器膜片弹簧的优化设计模型 7 。 谢茂青在汽车离合器压盘盖精密模具设计中讲到： 汽车离合器压盘盖的结构工艺性 ,提出了合理的成型工艺 ,且对模具的设计、结构、工作过程的工艺作了阐述。该模具已投入生产使用 ,工作流畅、可靠 ,制件品质符合要求 8 。 连芳在汽车离合器驱动盘扭转疲劳试验断裂原因分析中分析：采用金相检验 、 化学分析 、 机械性能和硬度检验等方法对表面经碳氮共渗处 理的 合器驱动盘早期断裂原因进行分析 。 结果表明：材料成份不均匀及碳氮共渗淬回火工艺不当是导致离合器驱动盘过早开裂的主要原因，并提出了预防开裂的改进后淬火工艺 9 。 孙文凯和刘旺在 汽车离合器起步接合过程的仿真研究一文中提出： 通过对汽车起步时离合器接合过程的分析 , 在建立离合器动力学模型的基础上对其中的一些关键变量进行了详细阐述 , 且对影响离合器接合品质及部件寿命的滑磨功 、 冲击度 、 温升等进行了分析评价 。 结合 对某具体车型离合器起步接合全过程进行仿真 , 得 到了较好的仿真结果 10 。 合器的功用 离合器可使发动机与传动系逐渐接合，保证汽车平稳起步。如前所述，现代车用活塞式发动机不能带负荷启动，它必须先在空负荷下启动，然后再逐渐加载。发动机启动后，得以稳定运转的最低转速约为 300 500r/汽车则只能由静止开始起步，一个运转着的发动机，要带一个静止的传动系，是不能突然刚性接合的。因为如果是突然的刚性连接，就必然造成不是汽车猛烈攒动，就是发动机熄火。所以离合器可使发动机与传动系逐渐地柔和地接合在一起，使发动机加给传动系的扭矩逐渐变大，至足以克 服行驶阻力时，汽车便由静止开始缓慢地平稳起步了。 虽然利用变速器的空档，也可以实现发动机与传动系的分离。但变速器在空档位置时，变速器内的主动齿轮和发动机还是连接的，要转动发动机，就必须和变速器内的主动齿轮一起拖转，而变速器内的齿轮浸在黏度较大的齿轮油中，拖转它的阻力是很大的。尤其在寒冷季节，如没有离合器来分离发动机和传动系，发动机起动是很困难的。所以离合器的第二个功用，就是暂时分开发动机和传动系的联系，以便于发动机起动。 汽车行驶中变速器要经常变换档位，即变速器内的齿轮副要经常脱开啮合和进入啮合。如在脱档时 ，由于原来啮合的齿面压力的存在，可能使脱档困难，但如用离合器暂时分离传动系，即能便利脱档。同时在挂档时，依靠驾驶员掌握，使待啮合的齿轮副圆周速度达到同步是较为困难的，待啮合齿轮副圆周速度的差异将会造成挂档冲击甚至挂不上档，此时又需要离合器暂时分开传动系，以便使与离合器主动齿轮联结的质量减小，这样即可以减少挂挡冲击以便利换档。 离合器所能传递的最大扭矩是有一定限制的，在汽车紧急制动时，传动系受到很大的惯性负荷，此时由于离合器自动打滑，可避免传动系零件超载损坏，起保护作用。 - 8 - 合器的工作原理 离合器由主 动部分、从动部分、压紧机构、分离机构和操纵机构五部分组成。 离合器主动部分包括飞轮 1(如图 示 )、离合器盖 11 和压盘 10。飞轮用螺栓与曲轴固定在一起，离合器盖通过螺钉固定在飞轮后端面上，压盘与离合器盖通过传动片连接。这样，只要曲轴旋转，发动机发出的动力便经飞轮、离合器盖传至压盘，使它们一起旋转。 离合器从动部分由装在压盘和飞轮之间的两面带摩擦衬片的从动盘 3和从动轴组成。从动盘通过内花键孔与从动轴滑动配合。从动轴前端用轴承 5 支承在曲轴后端中心孔中，后端支承在变速器壳体上并伸入变速器。离合器的从动轴 通常又是变速器的输入轴。 离合器压紧机构由若干沿圆周均匀布置的螺旋弹簧 7组成，它们装于压盘和离合器盖之间，用来对压盘产生轴向压紧力，将压盘压向飞轮，并将从动盘夹紧在压盘和飞轮之间。 图 离合器结构和工作原理示意图 1 飞轮 2 摩擦片 3 从动盘 4 铆钉 5 深沟油轴承 6 减振器阻尼片 7 减振弹簧 8 从动片毂 9 分摩擦片铆钉 10 压盘 11 离合器盖 12 螺栓 13 垫片 14 支承环 16 膜片弹簧 17 分离装置 - 9 - 离合器分离机构由分离拨叉 、分离套筒和分离轴承、分离杠杆、回位弹簧等组成。它们同离合器主从动部分及压紧装置一起装于离合器壳 (飞轮壳 )内。分离杠杆中部支承在装于离合器盖的支架上，外端与压盘铰接，内端处于自由状态。分离轴承压装在分离套筒上，分离套筒松套在从动轴的轴套上。分离拨叉是中部带支点的杠杆，内端与分离套筒接触，外端与拉杆铰接。 离合器操纵机构由离合器踏板、拉杆、拉杆调节叉及复位弹簧等组成。离合器踏板中部铰接在车架 (或车身 )上，一端与拉杆铰接。它们装在离合器壳外部。 (1)接合状态 离合器处于接合状态时，踏板未被踩下，处于最高位置， 分离套筒被回位弹簧拉到后极限位置，分离杠杆内端与分离轴承之间存在间隙 离合器自由间隙 )，压盘10 在压紧弹簧 16 作用下将从动盘压紧在飞轮上，发动机的转矩即经飞轮及压盘通过两个摩擦面传给从动盘，再经从动轴传给变速器。 (2) 分离过程 需要分离离合器时，只要踏下离合器踏板，拉杆拉动分离叉，分离叉内端推动分离套筒、分离轴承首先消除离合器自由间隙；然后推动分离杠杆内端向前移动，分离杠杆外端便拉动压盘向后移动，解除对从动盘的压紧力，摩擦作用消失，中断动力传递。 (3) 接合过程 当需要恢复动力传递时，缓慢抬起离 合器踏板，分离轴承减小对分离杠杆内端的压力；压盘在压紧弹簧的作用下向前移动，并逐渐压紧从动盘，接触面间的压力逐渐增大，相应的摩擦力矩也逐渐增大。 当飞轮、压盘和从动盘接合还不紧密时，主、从动部分可以不同步旋转，即离合器处于打滑状态。随着飞轮、压盘和从动盘压紧程度的逐步加大，离合器主、从动部分转速也渐趋相等，直至离合器完全接合而停止打滑，结合过程结束 11 。 介绍 欧洲、北美和亚洲顶尖汽车制造商所用的核心系统。造型风格、车身及引擎设计等方面 具有独特的长处，为各种车辆的设计和制造提供了端对端（ to 的解决方案。 及产品、加工和人三个关键领域。 可伸缩性和并行工程能力可显著缩短产品上市时间。一级方程式赛车、跑车、轿车、卡车、商用车、有轨电车、地铁列车、高速列车，各种车辆在 都可以作为数字化产品，在数字化工厂内，通过数字化流程，进行数字化工程实施。 技术在汽车工业领域内是无人可及的，并且被各国的汽车零部件供应商所认可。从近来一些著名汽车制造商所做的采购决定，如 ，足以证明数字化车辆的发展动态。 居于世界领先地位的卡车制造商，总部位于瑞典。其卡车年产量超过50， 000辆。当其他竞争对手的卡车零部件还在 25， 000个左右时， 司借助于 经将卡车零部件减少了一半。现在， 司在整个卡车研制开发过程中，使用更多的分析仿真，以缩短开发周期，提高卡车的性能和维护性。 统是 司的主要 统，全部用于卡车系统和零部件的设计。通过应用 这些新的设计工具，如发动机和车身底盘部门 统创成式零部件应力分析的应用，支持开发过程中的重 - 10 - 复使用等应用，公司已取得了良好的投资回报。现在，为了进一步提高产品的性能， 司在整个开发过程中，正在推广设计师、分析师和检验部门更加紧密地协同工作方式。这种协调工作方式可使 司更具市场应变能力，同时又能从物理样机和虚拟数字化样机中不断积累产品知识。 - 11 - 2 离合器的结构方案设计 车 离合器大多是盘形摩擦离合器，按其从动盘的数目可分为单片、双片和多片三类； 根据压紧弹簧布置形式不同，可以分为圆周布置、中央布置和斜向布置等形式；根据使用的压紧弹簧不同，可以分为圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧离合器；根据分离时所受作用力的方向不同，又可以分为推式和拉式两种形式 12 。 动盘数的选择 对轿车和轻型、微型货车而言，发动机的最大转矩一般不大，在布置尺寸允许的条件下，离合器通常只设有一片从动盘。单片离合器机构简单、尺寸紧凑，散热良好、维修调整方便，从动部分转动惯量小，在使用时能够保证分离彻底、接合平顺 13 。 双片离合器与单片离合器相比较，由于 摩擦面数增加一倍，因而传递转矩的能力较大；在传递相同转矩的情况下，径向尺寸小，踏板力较小，另外接合比较平顺。但是中间压盘通风散热不良，两片起步负载不均匀，因而容易烧坏摩擦片，分离也不够彻底。这种结构一般用在传递转矩较大且径向尺寸受到限制的场合。 多片离合器多为湿式，它有分离不彻底、轴向尺寸和质量大等缺点，以往主要用于行星齿轮变速器换挡机构中。但是它也有接合平顺柔和、摩擦表面湿度较低、磨损较小、使用寿命长等优点，主要应用于重型牵引车和自卸车上。 经过分析比较，该设计的是北京现代 010 款 驱新锐版，该车是 1398于轻型汽车，所以在设计中考虑用单片离合器，即该离合器只设有一片从动盘 。 紧弹簧和布置形式的选择 周置弹簧离合器的压紧弹簧均采用圆柱螺旋弹簧，其特点是结构简单、制造容易，因此应用较为广泛。此结构中弹簧压力直接作用于压盘上。为了保证摩擦片上压力均匀，压紧弹簧的数目不应该太少，要随摩擦片直径的增大而增多，而且应当是分离杠杆的倍数。压紧弹簧直接与压盘接触，易受热退火，且当发动机最高转速很高时，周置弹簧由于受离心力作用而向外弯曲，使弹簧压紧力下降，离合器传递转矩的能力 随之降低。 由于本次设计的是 1398轻型车，所以决定采用周置圆柱螺旋弹簧。 盘的驱动方式 压盘的驱动方式主要有凸块 窗孔式、销钉式、齿式、螺旋式和钢带式多种。前两种的共同缺点是在联接件之间都有间隙，在驱动中将产生冲击和噪音，而且在零件相对滑动中有摩擦和磨损，降低了离合器的传动效率。钢带式是近年来广泛采用的结构，沿周向布置的三组或四组钢带传动片两端分别与离合器盖和压盘以铆钉或螺栓联接，钢带的弹性允许其作轴向移动。当发动机驱动时，钢带受拉；当拖动发动机时，钢带受压。此结构中压盘与飞轮对中性好，使 用平衡性好，使用可靠，寿命长。但反向承载能力差，汽车反拖时易折断传动片， - 12 - 故对材料要求较高，一般采用高碳钢。综合比较，因为钢带式其综合性能相对好些，所以在设计中首先选择该种驱动方式。 合器的散热通风 试验表明，摩擦片的磨损是随压盘温度的升高而增大的，当压盘工作表面超过200180 C 时摩擦片磨损剧烈增加，正常使用条件的离合器盘，工作表面的瞬时温度一般在 180 C 以下。在特别频繁的使用下，压盘表面的瞬时温度有可能达到 C1000 。过高的温度能使压盘受压变形产生裂纹和碎裂。为使摩擦表面温度不致过高，除要求压盘有足够大的质量以保证足够的热容量外，还要求散热通风好。改善离合器散热通风结构的措施有：在压盘上设散热筋，或鼓风筋；在离合器中间压盘内铸通风槽；将离合器盖和压杆制成特殊的叶轮形状，用以鼓风；在离合器外壳内装导流罩。 片弹簧离合器的优点 膜片弹簧离合器与其他形式离合器相比，具有一系列优点： 1、膜片弹簧离合器具有较理想的非线性弹性特性； 2、膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，结构简单、紧凑， 轴向尺寸小，零件数目少，质量小； 3、高速旋转时，弹簧压紧力降低很少，性能较稳定； 4、膜片弹簧以整个圆周与压盘接触，使压力分布均匀，摩擦片接触良好，磨损均匀； 5、易于实现良好的通风散热，使用寿命长； 6、膜片弹簧中心与离合器中心线重合，平衡性好。 定离合器的类型 本车设计采用单片膜片弹簧离合器。本车采用的摩擦式离合器是因为其结构简单，可靠性强，维修方便，目前大多数汽车都采用这种形式的离合器。而采用干式离合器是因为湿式离合器大多是多盘式离合器，用于需要传递较大转矩的离合器，而该车型不在此列。采用 膜片弹簧离合器是因为膜片弹簧离合器具有很多优点：首先，由于膜片弹簧具有非线性特性，因此可设计成当摩擦片磨损后，弹簧压力几乎可以保持不变，且可减轻分离离合器时的踏板力，使操纵轻便；其次，膜片弹簧的安装位置对离合器轴的中心线是对的，因此其压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离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著地缩短了其轴向尺寸；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，磨损均匀，也易于实现良好的散热通 风等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列的优点，并且制造膜片弹簧的工艺水平也在不断地提高，因而这种离合器在轿车及微型、轻型客车上已得到广泛的采用，而且逐渐扩展到载货汽车上。从动盘选择单片式从动盘是一位其结构简单，调整方便。压盘驱动方式采用传动片式是因为其没有太明显的缺点且简化了结构，降低了装配 - 13 - 要求又有利于压盘定中。选择拉式离合器是因为其较拉式离合器零件数目更少，结构更简化，轴向尺寸更小，质量更小；并且分离杠杆较大，使其踏板操纵力较轻。 综上所述，北京现代 010款 式膜片弹簧离合器。 计内容 1. 离合器基本参数的选择； 2. 离合器压盘和离合器盖的设计； 3. 从动盘总成设计； 4. 膜片弹簧设计； 5. 操纵系统的设计。 - 14 - 3 离合器基本参数及尺寸选择 摩擦离合器是靠摩擦表面间的摩擦力矩来传递发动机转矩的。离合器的静摩擦力矩根据摩擦定律可以表示为 cc （ 式中，f 为摩擦面间的静摩擦因数，计算时一般取 F 为压盘施加在摩擦面上的工作压力；Z 为离合器主动元件和从动元件之间的摩擦面数，是从动盘数目的两倍。因为离合器为单片离合器，所以该设计中， f Z 取 2。 假设摩擦片上工作压力均匀，则有 F= 4/)( 2200 （ 式中，0A 为一个摩擦面的面积； D 为摩擦片外径； d 为摩擦片内径。 摩擦片的平均摩擦半径以表示为 )(3/)( 2233 （ 当 d/D ， D+d） /4 （ 将式（ 、式（ 代入式 （ 得 12/)1( 330 c （ 式中， c 为摩擦片内外径之比， c=d/D，一般在 间 为了保证离合器在任何工况下都能可靠地传递发动机的最大转矩，设计时 式中， 为离合器的后备系数，定义为离合器所能传递的最大静摩擦力矩与发动机最大转矩之比，必须大于 1。 由此可得出，离合器的基本参数主要有性能参数和0p，尺寸参数 D 和 d 以及摩擦片厚度 b。 - 15 - 合器后备系数的确定 后备系数是离合器设计时用到的一个重要参数，它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择时，应该考虑到以下几点： (1)摩擦片在使用中磨损后，离合器还应能可靠地传递发动机最大转矩。 (2)要防止离合器滑磨过大。 (3)要能防止传动系过载。 显然，为可靠传递发动机最大转矩和防止离合器滑磨过大，不宜选取太小；为使离合器尺寸不致过大，减少传动系过载，保证操纵轻便，不宜选取太大；当发动机后备功 率较大、使用条件较好时，可选取小些；当使用条件恶劣，需要拖带挂车时，为了提高起步能力、减少离合器滑磨，应选取大些；货车总质量越大，也应该选取得越大；采用柴油机时，由于工作比较粗暴，转矩较不平稳，选取的值应比汽油机大些；发动机缸数越多，转矩波动越小，可选取小些；膜片弹簧离合器由于摩擦片磨损后压力保持较稳定，选取的值可比螺旋弹簧离合器小些；双片离合器的值应该大于单片离合器。 各类汽车值的取值范围通常为： 轿车和微型、轻型货车 =型和重型货车 =野车、带拖挂的重型汽车和牵引汽车 =以，本车的离合器后备系数选择 = 位压力0单位压力0取时应该考虑离合器的工作条件，发动机后备功率大小，摩擦片尺寸、材料 及其质量和后备系数等因素。离合器使用频繁，发动机后备系数较小时，0摩擦片外径较大时，为了降低摩擦片外缘处的热负荷，0备系数较大时，可以适当增加0p。 当摩擦片采用不同材料时，0 石棉基材料 0p=末冶金材料 0p=属陶瓷材料 0p=该设计中，摩擦片材料选择是石棉基材料，故0 - 16 - 擦片外径 D、内径 d 和厚度 h 磨擦片外径是离合器的基本尺寸 ,它关系到离散合器的结构重量和 使用寿命 ,它和离合器所需传递的转矩大小有一定的关系。显然，传递大的转矩，就需要有大的尺寸。发动机转矩是重要的参数，当按发动机的最大转矩N m）来选定 下列公式，可作参考： m a 式中，系数 的影响，可参考下列范围： 小轿车 A=47 载货汽车和越野车 A=36（单片）或 A=50（双片） 自卸车或使用条件恶劣的载货汽车 A=19 在本设计中， A=36，94N m，发动机的额定功率20代入数据计算得 D=据表 D=250mm,d=155mm,h=c=d/D=31 c =面面积为 302 2由公式3 3 3m a x 0 ( 1 / )12eT u z p D d D 计算得 0p= 194=388 N m 表 外径 /D 内径 /d 厚度 /h 内外径之比/位面积2/F 160 110 0600 180 125 3200 200 140 6000 225 150 2100 250 155 0200 280 165 0200 300 175 6600 325 190 4600 合器基本参数的校核 - 17 - 在设计离合器的时候，首先就是要确定离合器的性能参数和尺寸参数，这些参数的变化影响离合器的结构尺寸和工作性能；其次，在确定了基本参数以后，必然要对参数进行优化处理。 约束条件： 1）摩擦片的外径 D（ 选取应该使最大圆周速度 超过 6570m/s，即 60/10 3m a x 6570m/s （ 式中， 摩擦片最大圆周速度（ m/s）；m a x e 转速（ r/ m/s 符合 2）摩擦片的内外径比 c 应该在 围内，即 c c=合 3）为保证离合器可靠传递转矩，并防止传动系过载，不同车型的值应在一定范围内，最大范围为 =合 4）为了保证扭转减振器的安装，摩擦片内径 d 必须大于减振器弹簧位置直径 20 d 20R+50 d=155合 5）为反映离合器传递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许用值，即 )(/40220 （ 式中，0N m/； 0 c N m/，按下表 取。 表 位摩擦面积传递转矩的许用值 离合器的规格 D（ 210 210250 250325 325 0 - 18 - 6）为降低离合器滑磨时的热负荷，防止摩擦片损伤，单位压力0据所用的摩擦材料在 一定范围内选取，最大范围0 p 0p=合 - 19 - 4 离合器压盘和离合器盖设计 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，所以它必须和飞轮连接在一起，但这种连接应允许压盘在离合器的分离过程中能自由的沿轴向移动。如前面所述采用采用传动片式的传力方式。由弹簧钢带制成的传动片一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，为了改善传动片的受力情况，它一般都是沿圆周布置。 图 压盘与飞轮的连接方式 （ a）凸块 b）传力销式；（ c）键槽 d）键齿式；（ e）弹性传力片 这几种压盘驱动方式有一个共同的缺点，即连接之间有间隙（如凸块与窗孔之间的间隙约为 这样在传动时产生冲击和噪声。且随着接触部分磨损的增加，间隙将增大，引起更大的冲击和噪声，甚至 可能引起凸块跟部出现裂纹而出现早期的损坏。另外在离合器分离时，由于零件间的摩擦将降低离合器操纵机构的效率。所以在选用时必须进行认真的校核。 弹性传动片图 e）是由薄弹簧钢带冲压制成，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且多用 34组（每组 23片）沿圆周作切向布置以改善传力片的受力状况，这时当发动机驱动时受力片受拉，当拖动发动机时，传力片受压。这种传动片驱动压盘的方式不仅消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对对装备精度的要求且有利于压盘的定中。 由于摩擦片的的尺寸在前面已经确定，故压盘的 内外径也可因此而确定。 压盘外径 D=250，压盘内径 d=155 压盘的厚度确定主要依据以下两点： （ 1）压盘应有足够的质量 在离合器的结合过程中，由于滑磨功的存在，每结合一次都要产生大量的热，而每次结合的时间又短（大约在 3 秒钟左右），因此热量根本来不及全部传到空气中去，这样必然导 - 20 - 致摩擦副的温升。在频繁使用和困难条件下工作的离合器，这种温升更为严重。它不仅会引起摩擦片摩擦系数的下降，磨损加剧，严重时甚至会引起摩擦片和压盘的损坏。 由于用石棉材料制成的摩擦片导热性很差，在滑磨过程中产生的热主要由飞轮和 压盘等零件吸收，为了使每次接合时的温升不致过高，故要求压盘有足够大的质量以吸收热量。 （ 2）压盘应具有较大的刚度 压盘应具有足够大的刚度，以保证在受热的情况下不致产生翘曲变形，而影响离合器的彻底分离和摩擦片的均匀压紧。 鉴于以上两个原因压盘一般都做得比较厚（载重汽车上一般不小于 15），但一般不小于 10。 在该设计中，初步确定该离合器的压盘 的厚度为 20。 盘及传动片的材料选择 压盘形状较复杂，要求传热性好、具有较高的摩擦系数及耐磨。故通常由灰铸铁 相组织呈珠光体结构，硬度 227。另外可添加少量金属元素 (如镍、铁、锰合金等 )以增强其机械强度。压盘的外径可根据摩擦片的外径由结构确定。为了使每次接合的温升不致过高，压盘应具有足够大的质量以吸收热量；为了保证在受热情况下不致翘曲变形，压盘应具有足够大的刚度且一般都较厚 (载货汽车的离合器压盘，其厚度一般不小于15此外，压盘的结构设计还应注意其通风冷却要好，例如在压盘体内铸出导风槽。压盘的厚度初步确定后，应校核离合器一次接合的温升不应超过 8 10 。 盘性能校核 =L/ （ 式中： 传到压盘的热量所占的比率。对单片离合器， = m 压盘的质量， c 压盘的比热容，铸铁的比热容为 ( )； L 滑磨功， J。 若温升过高，可适当增加压盘的厚度。压盘单件的平衡精度应不低于 15 20g 选择压盘厚度为 20径 250径 155铁 ，所以压盖的质量 m= 22 ( ) ( ) 22 =当我们需要校核压盘的最大温升，需要求出其滑磨功 L 汽车整车质量转化为为相当的转动惯量汽车起步时第一挡的传动比.5。 - 21 - 2带入数据得： L=入公式（ 行校核计算， = 8 符合标准。 通过以上计算所得数据，可以用 图 图 盘 合器盖的设计 离合器盖一般都与飞轮固定在一起，通过它传递发动机的一部分转矩。此外，它还是离合器压紧弹簧和分离杠杆的支承壳体。因此，在设计中应注意以下几个问题： （ 1）离合器的刚度 离合器分离杠杆支 承在离合器盖上，如果盖的刚度不够，即当离合器分离时，可能会使盖产生较大的变形，这样就会降低离合器操纵机构的传动效率，严重时还可能造成离合器分 - 22 - 离不彻底，引起摩擦片的早期磨损，还会造成变速器的换档困难。因此为了减轻重量和增加刚度，该离合器盖采用厚度约为 4 的低碳钢板（如 08 钢板）冲压成带加强筋和卷边的复杂形状。 （ 2）离合器的通风散热 为了加强离合器的冷却离合器盖必须开有许多通风窗口，通常在离合器压紧弹簧座处开有通风窗口。 图 离合器盖的散热通风 （ 3）离合器的对中问题 离合器盖内装有分离杠杆、压盘 、压紧弹簧等重要零件，因此它相对与飞轮必须有良好的对中，否则会破坏离合器的平衡，严重影响离合器的工作。 离合器盖的对中方式有两种，一种是用止口对中，另有种是用定位销或定位螺栓对中，由于本设计选用的是传动片传动方式，因而离合器盖通过一外圆与飞轮上的内圆止口对中。 本设计离合器盖要求离合器盖内径大于离合器摩擦片外径，能将其他离合器上的部件包括其中即可。 - 23 - 5 从动盘设计 动盘设计 从动盘总成主要由摩擦片、从动片、花键毂和减振器等组成。从动盘对离合器工作性能影响很大，应满足如下设计要求： 1） 转动惯量应尽量小，以减小变速器换挡时轮齿间的冲击。 2）应具有轴向弹性，使离合器接合平顺，便于起步，而且使摩擦面压力均匀，减少磨损。 3）应装扭转减振器，以避免传动系共振，并缓和冲击。 为了使从动盘具有轴向弹性，常用的方法有： 1）在从动盘上开“ T”形槽，外缘形成许多扇形，并将扇形部分冲压成依次向不同方向弯曲的波浪形。两侧的摩擦片则分别铆在每相隔一个的扇形上。“ T”形槽还可以减小由于摩擦发热而引起的从动片翘曲变形。这种结构主要应用在货车上。 2）将扇形波形片的左、右凸起段分别与左、右侧摩擦片铆接。由于波形片 比从动片薄，故这种结构轴向弹性较好，转动惯量小，适宜于高速旋转，主要应用于轿车和轻型货车。 3）利用阶梯形铆钉杆的细段将成对波形片的左片铆在左侧摩擦片上，并交替地把右片铆在右侧摩擦片上。这种结构弹性行程大，弹性特性较理想，可使汽车起步极为平顺。它主要应用于中、高级轿车。 4）将靠近飞轮的左侧摩擦片直接铆合在从动片上，只在靠近压盘侧的从动片铆有波形片，右侧摩擦片用铆钉与波形片铆合。这种结构转动惯量大，但强度较高，传递转矩能力大，主要应用于货车上，尤其是重型货车。 擦片的选择 离合器摩擦片在性能上应满 足如下要求： 1）在工作时有相对较高的摩擦系数； 2）在整个工作寿命期内应维持其摩擦特性，步希望出现，摩擦系数衰退现象； 3）在短时间内能吸收相对高的能量，且有好的耐磨性能； 4）能承受较高的压盘作用载荷，在离合器接合过程中表现出良好的性能； 5）能抵抗高转速下大的离心力载荷而不破坏； 6）在传递发动机转矩时，有足够的剪切强度； 7）具有小的转动惯量，材料加工性能良好； 8）在整个正常工作温度范围内，和对偶材料压盘、飞轮等有良好的兼容摩擦性能； 9）摩擦副对偶面有高度的溶污性能，不易影响它们的摩擦作用； 10）具有良好的性能 /价格比，不会污染环境。 鉴于以上各点，近年来，摩擦材料的种类增长极快。挑选摩擦材料的基本原则是： 1）满足较高性能标准； - 24 - 2）成本最小； 3）考虑代替石棉。 由以上的要求 ,目前车用离合器上广泛采用石棉塑料摩擦片，是由耐热和化学稳定性能比较好的石棉和粘合剂及其它辅助材料混合热压而成，其摩擦系数大约在 种摩擦片的缺点是材料的性能不稳定，温度，滑磨速度及单位压力的增加都将摩擦系数的下降和磨损的加剧。 所以目前正在研制具有传热性好、强度高、耐高温、耐磨和较高摩擦系数（可达 的粉末冶金摩擦片和陶瓷摩擦材料等。 在该设计中选取的是石棉合成物制成的摩擦材料。固紧摩擦片的方法采用较软的黄铜铆钉直接铆接，采用这种方法后，当在高温条件下工作时，黄铜铆接有较高的强度，同时，当钉头直接与主动盘表面接触时，黄铜铆钉不致像铝铆钉那样会加剧主动盘工作表面的局部磨损，磨损后的生成物附在工作表面上对摩擦系数的影响也较小。这种铆接法还有固紧可靠和磨损后换装摩擦片方便等优点。 由表 摩擦片外径 D=250擦片内径 d=155擦片厚度 h=擦片内外径比 d/D=过以上数据，可以用 出摩擦片（如图 图 擦片 - 25 - 动片的选择和设计 设计从动片时，为了减轻其重量，并使其质量的分布尽可能的靠近旋转中心，以获得最小的转动惯量。离合器从动盘转速的变化将引起惯性力，惯性使变速器换挡齿轮的轮齿间产生冲击或使变速器中的同步器装置加速磨损。惯性力的大小与从动盘的转动惯量成正比，因此为了减小转动惯量以减轻变速器换挡时的冲击，从动片一般都做得很薄，的钢板冲制而成。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薄至 使其质量分布更加靠近旋转中心。 具有轴向弹性的从动片有以下 3种结构形式：整体式弹性从动片（如图 分开式弹性从动片（如图 组合式弹性从动片（如图 17 。 图 体式弹性从动片 123整体式弹性从动片如图 示，能达到轴向弹性的要求，其优点是生产效率高，但其缺点是很难保证每一片扇形部分的刚度完全一致。 图 开式弹性从动片 12、 6345 - 26 - 分开式弹性从动片如图 以消除整体式弹性从动片的缺点，但是对制造、装配等要求较高，制造成本较高，一般用于小轿车上。 图 组合式弹性从动片 1245越野车上则经常采用组合式弹性从动片如图 这种构造中，靠压盘一侧的从动片 1上铆有波形弹簧片 5，摩擦片 4用铆钉 2 铆在波形弹簧 5上；靠近飞轮一侧无波形弹簧片，摩擦片直接铆在从动盘 1上。为保证从动片的弹 性作用，间，至少不应小于 这里选用组合式弹性从动片，从动片外径 250厚 外缘磨薄至 选用 波形弹簧片，波形弹簧片压缩行程 摩擦片厚 动盘毂的设计 从动盘毂是离合器中承受载荷最大的零件，它几乎承受发动机传来的全部转矩。它一般采用齿侧对的矩形花键安装在变速器的第一轴上，花键的尺寸可根据摩擦片的外径 74选取。 从动盘的轴向长度不宜过小，以免在花键轴上滑动时产生偏斜而使分离不彻底，动盘毂一般采用锻钢（如 35、 45、 40并经调质处理。为