载重2吨轻型汽车膜片式离合器总成设计

载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计摘 要汽车离合器位于发动机和变速箱之间的飞轮壳内，用螺钉将离合器总成固定在飞轮的后平面上，离合器的输出轴就是变速箱的输入轴。在汽车行驶过程中，驾驶员可根据需要踩下或松开离合器踏板，使发动机与变速箱暂时分离和逐渐接合，以切断或传递发动机向变速器输入的动力。其功用为：（1）使汽车平稳起步；（2）中断给传动系的动力，配合换档；（3）防止传动系过载。膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型汽车上广泛采用的一种离合器，它的转矩容量大而且较稳定，操作轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。此设计说明书详细的说明了轻型汽车膜片弹簧离合器的结构形式，参数选择以及计算过程。本文主要是对载重 2 吨轻型汽车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据车辆使用条件和车辆参数，按照离合器系统的设计步骤和要求，主要进行了以下工作：选择相关设计参数主要为：摩擦片外径 的确定，离合器后备系数 的确定，单位压力 的确Dp定。并进行了总成设计主要为：分离装置的设计，以及从动盘设计（从动盘毂的设计）和圆柱螺旋弹簧设计等。关键词: 离合器 , 膜片弹簧 , 从动盘 , 压盘 , 摩擦片IABSTRACTAutomobile Clutch in the engine and gearbox between the flywheel shell, with screw will be fixed in the clutch assembly after the plane of the flywheel, clutch gearbox output shaft is the input shaft。In the process of moving vehicle, the driver may need Pedal or release the clutch pedal so that the engine and gearbox temporary separation and progressive joint, to cut off the engine or transmission to the transmission input power. Its function as: (1) the car a smooth start, (2) to interrupt the transmission of power to meet the shift, (3) to prevent transmission of the overload.In recent years theca spring clutch is a kind of clutch that widely Adopted in vehicle and light vehicle . It has great capacity of torque And more stabley ,manipulate easy and convenient ,well equilibrium ,And also can produce batch .so the research of the clutch is more and more important . This design manual elaborated on the construction form,parametre choose and process of calculate of the light vehicle.This paper is the single-car theca spring clutch design. According to traffic conditions and vehicle parameters, in accordance with the clutch system of steps and requirements, mainly for the following work：Select the design for the main parameters: the determination of friction-diameter, the determining factor clutch reserve , the pressure on the units Didentified . And the design of the main assembly: the separation device Pdesign, set design and follower (the hub-driven design) and cylindrical coil spring design,and so on.KEY WDRDS: clutch , theca spring, driven plate , friction disc载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计II载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计0绪言汽车是重要的交通运输工具，是科学技术发展水平的标志，随着现代生活的节奏越来越快，人们对交通工具的要求也越来越高。汽车作为最普通的交通工具，在日常的生活和工作中起了重要的作用。因此，汽车工业的规模及产品的质量就成为衡量一个国家技术的重要标志之一。对于汽车来说，由于它要求具有自重轻、行驶速度高、加速性好、适于各种路面上甚至无路地区行驶及机动灵活等特点，长期以来，它的发动机都采用内燃机。但是，由内燃机的扭矩转速特性曲线可知，在其整个工作转速范围内扭矩变化小，最低稳定转速较高，不能适应汽车可能遇到的各种行驶条件：如起步、爬坡、通过各种路面和无路地区等。因此，在汽车上需要有一套复杂的传动系统，以使内燃机能适应汽车行驶的需要。现代汽车上常用的是机械传动系统，它是由离合器及变速器、万向节传动轴、主减速器、差速器和驱动车轮的传动装置等部件组成。在上述机械式传动系统中，离合器作为一个独立的部件而存在。它实际上是一种是一种依靠其主、从动件之间的摩擦来传递动力且能分离的机构，见图 0.1 51图 0.1 离合器工作原理图51飞轮；2从动盘；3离合器踏板；4压紧弹簧；5变速器第一轴；6从动盘毂离合器是汽车传动系中直接与发动机相连接的部件，用来分离或给发动机与变速器之间的动力传递。其基本功用有三：第一：在汽车起步时，通过离合器主动部分（和发动机曲轴相连）和从动部分（与变速器第一轴相接）之间的滑磨、转速的逐渐接近，使旋转着的发动机和原来静止的传动系平稳地联接起来，以保证汽车平稳起步。第二：当变速器换档时，通过离合器主从动部分的迅速分离来切断动力传递，以减轻换档时齿轮间的冲击，便于换档。第三：当传给离合器的扭矩超过其所能传递的最大力矩（即离合器的最大摩擦力矩）时，其主从动部分将产生相对滑磨。这样离合器就起着保护传动系防止其过载的作。由于离合器上述三方面的功用，使离合器在汽车结构上有着举足轻重的地位。然而早期的离合器结构尺寸大，从动部分转动惯量大，引起变速器换档困难，而且这种离合器在结合时也不够柔和，容易卡住，散热性差，操纵也不方便，平衡性能也欠佳。因此为了克服上述困难，可以选择膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计2轻便，平衡性好，也能大量生产，对于它的研究已经变得越来越重要。本设计就是设计传动装置中的离合器在设计中对各种离合器类型进行分析，探讨，最后设计出使用于载重量为 2T 的汽油发动机轻型汽车车用离合器。第 1 章 概述膜片弹簧离合器是近年来在轿车和轻型载货汽车上广泛采用的一种离合器。因其作为压簧，可以同时兼起分离杠杆的作用，使离合器的结构大为简化，质量减少，并显著地缩短了离合器的轴向尺寸。其次，由于膜片弹簧与压盘以整个圆周接触，使压力分布均匀。另外由于膜片弹簧具有非线性弹性特性，故能在从动盘摩擦片磨损后，弹簧仍能可靠的传递发动机的转矩，而不致产生滑离。离合器分离时，使离合器踏板操纵轻便，减轻驾驶员的劳动强度。此外，因膜片是一种对称零件，平衡性好，在高速下，其压紧力降低很少，而周布置弹离合器在高速时，因受离心力作用会产生横向挠曲，弹簧严重鼓出，从而降低了对压盘的压紧力，从而引起离合器传递转矩能力下降。那么可以看出，对于轻型车膜片弹簧离合器的设计研究对于改善汽车离合器各方面的性能具有十分重要的意义。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，3锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘后移使离合器分离。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，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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称的，因此其压紧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，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为 802000N.m、最大摩擦片外径达 420 的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达 2832t 的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈移到膜片弹簧的大端附近，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程。载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计4第 2 章 离合器结构方案选取2.1设计任务书给定参数和结构设计要求发动机最大功率及转速： 63Kw/3800rpm发动机最大转矩及转速： 179 N.m/2500rpm整车总质量： 4.095 吨装载质量： 2 吨主减速比： 5.83变速器低档传动比： 5.56轮胎型号： 6.50-16在设计离合器时，应根据车型的类别，使用要求制造条件以及“三化” （系列化，通用化，标准化）要求等，合理选择离合器的结构。在离合器的结构设计时必须综合考虑以下几点：1：保证离合器结合平顺和分离彻底。2：离合器从动部分和主动部分各自的连接形式和支承。3：离合器轴的轴向定位和轴承润滑4：运动零件的限位55：离合器的调整。2.2 结构设计结构设计的各项要求，在本设计中都将全面的考虑，并采用相应的措施予以实现。2.2.1 从动盘数及干湿式选取根据已知条件知道载重 2 吨轻型汽车可选取单片干式膜片弹簧摩擦离合器，因为这种结构的离合器结构简单，调整方便，轴向尺寸紧凑，分离彻底，从动件转动惯量小，散热性好，采用轴向有弹性的从动盘结合平顺，广泛用于轿车及微、中型客车和货车上，在发动机转矩不大于 1000N.m 的大型客车和重型货车上也有所推广。因此该离合器选取单片干式膜片弹簧离合器。2.2.2 压紧弹簧的结构形式及布置离合器的压紧弹簧的结构形式有：圆柱螺旋弹簧、矩形断面的圆锥螺旋弹簧和膜片弹簧等。可采用沿圆周布置、中央布置、和斜置等布置形式。根据本所设计的离合器的已知系数和使用条件选取膜片弹簧离合器比较合适。作为压紧弹簧的所谓膜片弹簧，是由弹簧钢冲压成的，具有“无底碟子”形状的截锥形薄壁膜片，且自其小端在锥面上开有许多径向切槽，以形成弹性杠杆，而其余未切槽的大端截锥部分则起弹簧作用。膜片弹簧的两侧有支承圈，而后者借助于固定在离合器盖上的一些（为径向切槽数目的一半）铆钉来安装定位。当离合器盖用螺栓固定到飞轮上时，由于离合器盖靠向飞轮，后支承圈则压膜片弹簧使其产生弹性变形，锥顶角变大，甚至膜片弹簧几乎变平（参看 2.1 图） 。同时在膜片弹簧的大端对压盘产生压紧力使离合器处于结合状态。当离合器分离时，分离轴承前移膜片弹簧压前支承圈并以其作为支点发生反锥形的转变，使膜片弹簧大端后移，并通过分离钩拉动压盘移到膜后移使离合器分离。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，因此设计摩擦片磨损后，弹簧压力几乎不变，且可以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称的，因此其压紧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，使离合器结构大为简化，零件数目减少，质量减小并显著缩短了轴向尺寸；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，摩擦均匀，也易于实现良好的通风散热等。由于膜片弹簧离合器具有上述一系列优点，并且制造膜片弹簧离合器的工艺水平在不载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计6断提高，因此这种离合器在轿车及微型、轻型客车上得到广泛运用，而且正大力扩展到载货汽车和重型汽车上，国外已经设计出了传递转矩为 802000N.m、最大摩擦片外径达 420 的膜片弹簧离合器系列，广泛用于轿车、客车、轻型和中型货车上。甚至某些总质量达 2832t 的重型汽车也有采用膜片弹簧离合器的，但膜片弹簧的制造成本比圆柱螺旋弹簧要高。膜片弹簧离合器的操纵曾经都采用压式机构，即离合器分离时膜片弹簧弹性杠压杆内端的分离指处是承受压力（见图 2.2a） 。当前膜片弹簧离合器的操纵机构已经为拉式操纵机构所取代。后者的膜片弹簧为反装，并将支承圈片弹簧的大端附近（见图 2.3b） ，使结构简化，零件减少、装拆方便；膜片弹簧的应力分布也得到改善，最大应力下降；支承圈磨损后仍保持与膜片的接触使离合器踏板的自由行程不受影响。而在压式结构中支承圈的磨损会形成间隙而增大踏板的自由行程(见图 2.3a)。图 2.1 膜片弹簧离合器的工作原理图5（a）自由状态； （b）压紧状态； （c）分离状态7图 2.2 8推式和拉膜片弹簧力作用点位置对照图（a）推式离合器 ;（b）拉式离合器 图 2.3 8(a) 一般压式操纵 (b)拉式操纵2.2.3 压盘的驱动方式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，但这种连接应允许压盘在离合器分离过程中能自由的作轴向移动。压盘与飞轮的连接方式或驱动方式有：凸块窗孔式、传力销式、键式以及弹性载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计8传动片式等（见图 2.4） 。近年来广泛采用弹性传动片式。因为另外几种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 0.2mm） 。这样在传动时将产生冲击和噪声，甚至可能导致凸块根部产生裂纹而造成零件的早期破坏。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部分的传动效率。弹性传动片是由薄弹簧钢冲压而成（见图 2.4e） ，其一端铆在离合器盖上，另一端用螺钉固定在压盘上，且一般用 34 组（每组 23 片）沿圆周切向布置以改善传动片的受力状况，这时，当发动机传动片时受拉，当由车轮滑行时反转受压。这种利用传动片驱动压盘的方式不紧消除了上述缺点，而且简化了结构，降低了对装配精度的要求且有利于压盘的定中。所以该离合器采用弹性传动片。图 2.4 压盘的驱动方式8a凸块窗孔式；b传力销式；c键槽指销式；d键齿式；e弹性传动片式2.2.4 分离轴承的类型分离轴承在工作中主要承受轴向力，在分离离合器时由于分离轴承旋转产生离心力，形成其径向力。故离合器的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承两种。前者适合于高速低轴向负荷，后者适合于相反情况.常用含润滑油脂的密封止推球轴承;小型车有时采用含油石墨止推滑动轴承。分离轴承与膜片弹簧之间有沿圆周方向的滑磨，当两者旋转中不同心时也伴有径向滑磨。为了消除因不同心导致的磨损并使分离轴承与膜片弹簧内端接触均匀，膜片弹簧离合器广泛采用自动调心式分离装置（见图2.5） 。它有内圈旋转轴承，轴承罩，波形片簧（见图 2.5）中 4，它由厚约为 0.7的65Mn 钢带制成，油淬、模内回火度 HRC4351）及分离套筒组成。由于轴承与套筒间都留有足够径向间隙以保证分离轴承相对于分离套筒可以径向移动 1mm 左右，所以当膜片相对分离套筒有偏斜时，由于波形片簧能够产生变形，允许分离轴承产生相对的偏斜，以保证膜片弹簧仍能被均匀的压紧，也防止了膜片弹簧分离指处的异常磨损并减少了噪音。另外由于分离指与直径较小的轴承内圈接触，则增大了膜片弹簧的杠9杆比。分离套筒支撑着分离轴承并位于变速器第一轴轴承盖的轴颈上，可以轴向移动。分离器结合后，分离轴承与分离杠杆之间一般有 34mm 间隙，以免在摩擦片磨损后引起压盘压力不足而导致离合器打滑使摩擦片以及分离轴承烧坏。此间隙使踏板有段自由行程。有的轿车采用无此间隙的内圈恒转式结构，用轻微的油压或弹簧力使分离轴承与杠杆端（多为膜片弹簧）经常贴合，以减轻磨损和减少踏板行程。图 2.5 自动调心轴承装置81分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片2.2.5 离合器的通风散热措施提高离合器工作性能的有效措施是借助于其通风散热系统降低其摩擦表面的温度。在正常使用条件下，离合器的压盘工作表面的温度一般均在 180以下，随着其温度的升高，摩擦片的磨损将加快。当压盘工作表面的温度超过 180200时，摩擦片的磨损速度将急剧升高。在特别严酷的使用条件下，该温度有可能达到 1000。在高温下压盘会翘曲变形甚至产生裂纹和碎裂；由石棉摩擦材料制成的摩擦片也会烧裂和破坏。为防止摩擦表面的温度过高，除压盘应具有足够的质量以保证有足够的热容量外，还应使其散热通风良好。为此，可在压盘上设置散热筋或鼓风筋；在双片离合器中间压盘体内铸出足够多的导风槽，这种结构措施在单片离合器压盘上也开始应用；将离合器盖和压盘设计成带有鼓风叶片的结构；在保证有足够刚度的前提下在离合器盖上开出较多或较大的通风口，以加强离合器表面的通风散热和清除摩擦产生的材料粉末，在离合器壳上设置离合器冷却气流的入口和出口等所谓通风窗，在离合器载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计10壳内装设冷却气流的导罩，以实现对摩擦表面有较强定向气流通过的通风散热等。为防止压盘 的受热翘曲变形，压盘应有足够大的刚度。鉴于以上对质量和刚度的要求，一般压盘都设计得比较厚，载货汽车一般不小于 15。第 3 章 离合器基本结构参数的确定在初步确定了离合器的结构形式之后就要确定其基本结构尺寸参数。3.1 摩擦片外径及其它尺寸的确定摩擦片的外径 D 是离合器的基本尺寸，它关系到离合器的结构重量和使用寿命，所以应先确定摩擦片的外径 D在确定外径时，可以根据以下经验公式（3.1）计算出：D= 100 式(3.1)ATemax式中： D摩擦片外径，11T 发动机最大扭矩，N.mmaxeA和车型及使用 条件有关的常数设计原始数据：T =179N.maxe2 吨轻型载货汽车：单片摩擦离合器 A=36由公式（3.1）代入相关数据，则得： D=223根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表 3.1“离合器摩擦片尺寸系列和参数” （即 GB145774）表 3.1 离合器摩擦片尺寸系列和参数8外径D/160 180 200 225 250 280 300 325 350 380 405 430内径 d/ 110 125 140 150 155 165 175 190 195 205 220 230厚度/ 3.2 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4=d/DC0.687 0.694 0.700 0.667 0.589 0.583 0.585 0.557 0.540 0.543 0.535 0.5321 30.676 0.667 0.657 0.703 0.762 0.796 0.802 0.800 0.827 0.843 0.840 0.847单位面积/ 3cm106 132 160 221 302 402 466 546 678 729 908 1037可取：摩擦片有关标准尺寸：外径 D=225 内径 d=150 厚度 h=3.5 内径与外径比值 C=0.67 3.2 离合器后备系数的 确定 后备系数 保证了离合器能可靠地传递发动机扭矩，同时它有助于减少汽车起步时的滑磨，提高了离合器的使用寿命。但为了离合器的尺寸不致过大，减少传递系的过载，使操纵轻便等，后备系数又不宜过大。在开始设计离合器时一般是参照统计质料，并根据汽车的使用条件，离合器结构形式等特点，初步选定后备系数 。汽车离合器的后备系数的推荐值： 小轿车： =1.31.75载重车: =1.72.25- 带拖挂的重型车或牵引车: =2.03.0本设计的是 2 吨轻行载货汽车用离合器，参看有关统计质料“我国一些汽车离合器的主要参数” （见下表 3.2） ，并根据最大总质量不超过 6 吨的载货汽车 =1.201.75，选定其后备系数 =1.40载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计12表 3.2 我国一些汽车离合器的主要参数8摩擦片尺寸车型 离合器的形式弹簧数目 D d总压力（KPg）摩擦力矩（Kg.m）后备系数 单位压力（ ）2cmKg上海SH130单、干 9 254 150 531 259 168 161北京BJ130单、干 6 254 150 471 238 136 143跃进NJ130单、干 9 254 150 740 373 182 220解放CA10B单、干 12 280 165 672 765 24 169交通SH142单、干 12 276 178 720 41 152 205黄河JN150单、干 6 350 195 704 96 141 104东风EQ140单、干 16 325 190 1072 69 18 1963.3 单位压力 P 的确定摩擦面上的单位压力 P 的值和离合器本身的工作条件,摩擦片的直径大小,后备系数,摩擦片材料及质量等有关.离合器使用频繁,工作条件比较恶劣(如城市用的公共汽车和矿用载重车),单位压力P 较小为好。当摩擦片的外径较大时也要适当降低摩擦片摩擦面上的单位压力 P。因为在其它条件不变的情况下，由于摩擦片外径的增加，摩擦片外缘的线速度大，滑磨时发热厉害，再加上因整个零件较大，零件的温度梯度也大，零件受热不均匀，为了避免这些不利因素，单位压力 P 应随摩擦片外径的增加而降低。前面已经初步确定了摩擦片的基本尺寸；外径 D=225 内径 d=150 厚度 h=3.5 内径与外径比值 C=0.67 又初选 =1.40 运用公式（3.2）可以校核单位压力 PT = T = PD (1 ) 式 (3.2)maxeaxe12cZ33Dd13上式中：Z 对弹片离合器取 2Cc对用有机材料摩擦片，在设计时，其摩擦系数可取 =0.3根据式（3.2）代入相关数据则得：P=0.24MP=2.32Kg/ 2又由下图 3.1 中的曲线 1 中查得：由摩擦片外径 D=225，从图中的关系可查得：该离合器摩擦片的单位容许单位压力P为：P=2.5 Kg / 2也即是摩擦面上的单位压力 PP,没有超出允许范围.因此上述各基本结构参数合适。图 3.1 单位压力与摩擦片外径的关系81适用于小轿车；2适用于载货汽车第 4 章 离合器从动盘设计4.1 从动盘结构简要介绍在现代汽车上一般都采用带有扭转减振的从动盘,用以避免汽车传动系统的共振,缓和冲击,减少噪声,提高传动系统零件的寿命,改善汽车行使的舒适性,并使汽车平稳起步。从动盘主要由从动片，从动盘毂， ，摩擦片等组成，由下图 4.1 可以看出，摩擦片1，13 分别用铆钉 14，15 铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起。从动片 5用限位销 7 和减振 12 铆在一起。这样，摩擦片，从动片和减振盘三者就被连在一起了。在从动片 5 和减振盘 12 上圆周切线方向开有 6 个均布的长方形窗孔，在在从动片 和减振盘之间的从动盘毂 8 法兰上也开有同样数目的从动片窗孔，在这些窗孔中装有减振弹簧 11，以便三者弹性的连接起来。在从动片和减振盘的窗孔上都制有翻边，载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计14这样可以防止弹簧滑脱出来。在从动片和从动盘毂之间还装有减振摩擦片 6，9。当系统发生扭转振动时，从动片及减振盘相对从动盘毂发生来回转动，系统的扭转能量会很快被减振摩擦片的摩擦所吸收。图 4.1 带扭转减振器的从动盘 81，13摩擦片；2，14，15铆钉；3波形弹簧片；4平衡块；5从动片；6，9减振摩擦；7限位销；8从动盘毂；10调整垫片；11减振弹簧；12减振盘4.2 从动盘设计设计从动盘时一般应满足以下几个方面的要求:（1） 为了减少变速器换档时齿轮间的冲击，从动盘的转动惯量应尽可能小（2） 为了保证汽车平稳起步、摩擦面片上的压力分布均匀等从动盘应具有轴向弹性（3） 为了避免传动系的扭转共振以及缓和冲击载荷，从动盘中应装有扭转减 振器（4） 要有足够的抗爆裂强度4.2.1 从动片的选择和设计设计从动片时要尽量减轻质量，并使质量的分布尽可能靠近旋转中心，以获得小的转动惯量。这是因为汽车在行驶中进行换档时，首先要分离离合器，从动盘的转速必然要在离合器换档的过程中发生变化，或是增速（由高档换为低档）或是降速（由低档换为高档） 。离合器的从动盘转速的变化将引起惯性力，而使变速器换档齿轮之15间产生冲击或使变速器中的同步装置加速磨损。惯性力的大小与冲动盘的转动惯量成正比，因此为了见效转动惯量，从动片都做的比较薄，通常是用 1.32.0厚的薄钢板冲压而成,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至0.651.0,使其质量更加靠近旋转中心。为了使离合器结合平顺，保证汽车平稳起步，单片离合器的从动片一般都作成具有轴向弹性的结构，这样，在离合器的结合过程中，主动盘和从动盘之间的压力是逐渐增加的，从而保证离合器所传递的力矩是缓和增长的。此外，弹性从动片还使压力的分布比较均匀，改善表面的接触，有利于摩擦片的磨损。 具有轴向弹性的的传动片有以下三种形式：整体式的弹性从动片，分开式的弹性从动片、及组合式弹性从动片。 ，在本设计中，因为设计的是 2 吨轻型载货汽车的离合器，故采可以用整体式弹性从动片，其简化结构见下图 4.2，离合器从动片采用 2厚的的薄钢板冲压而成，其外径由摩擦面外径决定，在这里取 225，内径由从动盘毂的尺寸决定，这将在以后的设计中取得。为了防止由于工作温度升高后使从动盘产生翘曲而引起离合器分离不彻底的缺陷，还在从动刚片上沿径向开有几条切口。由于其采用整体式弹性从动片，从动片沿半径方向开槽,其结构简图见下图 4.2,将外圆部分分割成许多扇形,并将扇形部分冲压成依次向相同方向弯曲的波浪形,使其具有轴向弹性,两边的摩擦片则分别铆在扇形片上.在离合器结合的过程中,从动片被压紧,弯曲的波浪扇形部分被逐渐压平从动盘摩擦面片所传递的转矩逐渐增大,使其结合过程较平顺,柔和,整体式弹性从动片根据从动片尺寸的大小可制成 612 个切槽,并常常将扇形部分与中央部分的连接处切成 T 形槽,目的是进一步减小刚度,增加弹性.相关结构尺寸参看设计图纸。从钢动片材料一般采用高碳刚或弹簧刚板冲压而成，经热处理后达到所要求的硬度,相关尺寸见零件图。载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计16图 4.2 整体式弹性从动片81从动片；2摩擦片；3铆钉4.2.2 从动盘毂的设计从动盘毂在变速器第一轴前端的花键上，目前一般都采用齿侧定心的矩形花键，花键之间为动配合，以便在离合器分离和结合时从动盘毂能够在轴上自由移动。本离合器设计中的从动盘毂花键也用齿侧定心的矩形花键。在设计从动盘毂花键时，可以根据从动盘外径和发动机的扭矩来选取。在本设计中，根据从动盘外径和发动机扭矩来选取从动盘花键毂花键的有关尺寸，由 GB114474，根据下表 4.1 可得：花键齿数 n=10花键外径 D=34花键内径 d=27齿厚 b=4有效齿长 L=33从动盘毂一般用中碳钢锻造而成，并经调质处理，挤压应力不应超过 =20MP，本从动盘毂材料选用 40Cr。为了保证从动盘毂在变速器第一轴上滑动时不产生偏斜，而影响离合器的彻底分离，从动盘毂的轴向尺寸不应过小，一般取其尺寸与花键外径大小相同，对在严重情况下工作的离合器，其长度更大，可达到花键外径的 1.4 倍。花键的尺寸选定后应进行强度校核，17由于花键的损坏形式主要是表面受力过大而破坏，所以花键要进行挤压应力校核，如果应力偏大可以适当增加花键毂的轴向长度。花键挤压应力校核公式如下式（4.1）：= （MP） 式(4.1)nhlP式中：P花键的齿侧面压力，N。它有下式确定：P= ZdDTe)(4maxD,d分别为花键的外径，内径，mZ从动盘毂的数目T 发动机最大转矩，N.maxeN花键齿数h花键齿工作高度，m；h= 2)(dDl花键有效长度，m代入相关数据可得：P=11737N =11.7MP该花键毂花键的 =11.7MP =20MP所以该花键毂花键的尺寸合适,花键的结构简图见图 4.3， ，从动盘毂见零件图纸。表 4.1 从动盘毂花键尺寸系列8从动盘外径D/发动机转矩/N.meT花键齿数 n花键外径 /D花键内径 /d齿厚/ 有效齿长 l/挤压应力 /MaP1601802002252505070110 15020010101010102326293235182123262833444202025303510108113115104载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计1828030032535038041043045028031038048060072080095010101010101010103540404040454552 323232323236364145555556 4040455055606565 127107116132152131135125图 4.3 花键结构示意图84.2.3 摩擦片的材料选取及与从动片的固紧方式摩擦片的工作条件比较恶劣，为了保证它能长期稳定的工作，根据汽车的的使用条件，摩擦片的性能应满足以下几个方面的要求：应具有较稳定的摩擦系数，温度，单位压力和滑磨速度的变化对摩擦系数的影响小。要有足够的耐磨性，尤其在高温时应耐磨。要有足够的机械强度，尤其在高温时的机械强度应较好热稳定性要好，要求在高温时分离出的粘合剂较少，无味，不易烧焦19磨合性能要好，不致刮伤飞轮及压盘等零件的表面油水对摩擦性能的影响应最小结合时应平顺而无“咬住”和“抖动”现象由以上的要求,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 0.3 左右。这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 0.5 左右）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。第 5 章 压盘的设计5.1 压盘传力方式的选择压盘（其结构见零件图）是离合器的主动部分，在传递发动机转矩时，它和飞轮载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计20一起带动从动盘转动，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。5.2 压盘的几何尺寸的确定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=231 压盘内径 d=138那么压盘的的尺寸归结为确定其厚度。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 13。在初步确定该离合器压盘厚度以后，应校核离合器接合一次时的温升，其接合一次的温升不得超过 810。若温升过高可以适当增加压盘的厚度。根据下面公式（5.1）来进行校核：= 式 (5.1)压cmL式中： 温升，L滑磨功，N.m,L=0.5J W = ,m =m =a2o22180graeimn压 av21分配到压盘上的滑磨功所占的百分比：单片离合器压盘 =0.50 C压盘的比热容，对铸铁压盘，C=544.28J/(K)m 压盘质量，压根据公式（5.1）代入相关数据可得； =5 此数值 =5810故该厚度符合要求5.3 压盘和传动片的材料选择压盘形状一般比较复杂，而且还需要耐磨，传热性好和具有较高的摩擦系数，故通常用灰铸铁铸造而成，其金相组织呈珠光体结构，硬度为 HB170227，其摩擦表面的光洁度不低与 1.6。为了增加机械强度，还可以另外添加少量合金元素。在本设计中用材料为 3 号灰铸铁 JS1，工作表面光洁度取为 1.6.传力片材料选用 80 号钢,根据前面所设计的压盘,摩擦片及从动片的厚度,以及以往的设计经验,传动片的结构示意图可确定为下图 5.1 所示：图 5.1 传力片示意图8初步定传动片的设计参数如下：共设 3 组传动片（i=3）,每组 2 片（n=2）,传动片的几何尺寸为：宽 b=14 ，厚 h=1,传力片上孔间的距离 l=50,孔的直径d=6，传力片切向布置，圆周半径（也即是孔中心所在圆周半径）R=249，传动片的材料弹性模量 E=210 MP，根据上面所选定的尺寸进行传动片的强度校核，5根据下面几个相关公式：=ld (有效长度 ) 式(5.2)1l 1l= =12E ni/ （总刚度 ） 式(5.3)KnxJ3K=3 Eh/ (压盘，膜片弹簧和离合器盖组装时的最大应力) 式(5.5)maxf21l=3 Eh/ 6 /inRb + / inRbh(正向驱动时应力公式)emaxTf2hemaxT载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计22式(5.6)=3 Eh/ +6 /inRb / inRbh(反向驱动时应力公式)maxf21lemaxTf2hemaxT式(5.7)= f(弹性恢复力) 式(5.8)弹FK根据以上公式进行校核，该传动片符合要求。5.4 离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：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。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。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。第 6 章 离合器分离装置的设计离合器的分离装置包括分离杆，分离轴承和分离套筒。236.1 分离杆的设计本设计才用的是膜片弹簧的压紧机构，分离杆的作用由膜片弹簧中的分离指来完成。其结构尺寸参数在后续设计中确定。在设计分离杆时应注意以下几个问题：分离杆要有足够的刚度分离杆的铰接处应避免运动上的干涉分离杆内端的高度可以调整6.2 离合器分离套筒和分离轴承的设计分离轴承在工作中主要承受轴向力，在离合器分离时，由于分离轴承的旋转，在受离心力的作用下，还承受径向力。在传统离合器中采用的分离轴承主要有径向止推轴承和止推轴承。而在现代汽车离合器中主要采用了角接触式的径向推力球轴承，并由轴承内圈转动。本设计的是膜片弹簧离合器，为了保证在分离离合器时分离轴承能均匀地压紧膜片弹簧内端，采用可以自位（自动调准中心）的分离装置，其结构示意图见图 6.1，可以弥补因几何上偏移造成的强烈振动。图 6.1 自动调心轴承41分离轴承罩；2分离轴承；3分离套筒；4波形弹簧片 自位分离轴承和分离套筒通过碟形弹簧装配在一起成为一体，碟形弹簧小端卡紧在轴承套筒座的外凸台部位，其大端压紧轴承外圈的内端面，依靠摩擦把分离轴承与轴承套筒连在一起。图中间隙 A 所允许的调节量为 1.42.4。这种轴承的内外圈可由 80Cr2 轴承钢冲制加工而成，外密封环用 0.5 厚板材冲制,表面有硫化氟橡胶,其密载重 2 吨轻型汽车膜片式离合器总成设计24封刃口朝向轴承内座圈来密封.轴承中分布了 15 个钢球。分离套筒装在变速器第一轴承盖的轴颈上，两者之间为间隙配合，可以在自由移动，而分离轴承内圈与分离套筒座相配合处径向有 0.5的间隙.在离合器处于结合状态时,分离轴承的端面与分离杠杆之间应留有 34间隙，以备在摩擦片磨损的情况下，不致防碍压盘继续压紧从动盘总成，以保证可靠地传递发动机转矩。这个间隙反映为踏板上的一段自由行程。在本设计中，由前面选择的花键毂花键的尺寸（外径 34，内径 27）因而根据有关结构尺寸数据可初选一系列有关分离轴承和分离套筒及轴颈之间的配合尺寸：分离轴承内径 分离套筒外径 分离套筒内径 第一轴轴承盖轴颈外径第一轴轴承盖轴颈内径5508.55305.4444075.138分离轴承必须进行润滑，本设计采用的润滑方式为定期进行润滑，在分离套筒上开有用来注润滑油的缺口，而在离合器壳上装有注油杯并用软管通到分离套筒的缺口处。分离套筒的有关结构见装配图。在轴承的设计过程中，应对其使用寿命和承载能力进行校核计算。在本设计中由于充分考虑到分离轴承的工作条件比较理想，以及每次分离的时间也不太长，因而对该项校核工作不予考虑，也即认为所选取的轴承型号能适应各个方面的要求。第 7 章 离合器膜片弹簧的设计257.1 膜片弹簧的结构特点由前面可以知道，本设计中的压紧弹簧是膜片弹簧。而膜片弹簧离合器分推式和拉式，在本设计中采用推式结构。膜片弹簧的结构形状如下图 7.1，它是由弹簧钢板冲压而成的。图 7.1 8（a）膜片弹簧 （b）碟形弹簧 从图中可以看出，膜片弹簧在结构形状上分为两部分。在膜片弹簧的大端处为一完整的截锥体，像图 7.1 中 b 的样子，它的形状像一个无底的碟子和一般机械上用的碟形弹簧完全一样，故称作碟簧部分。膜片弹簧起弹性作用的正是其碟簧部分。碟形弹簧的弹性作用是这样：沿其轴线方向加载，碟簧受压变平，卸载后又恢复原形如图7.1b 所示。可以说膜片弹簧是碟形弹簧的一种特殊结构形式。所不同的是，在膜片弹簧上还包括有径向开槽部分。膜片弹簧上的径向开槽部分像一圈瓣片，它的作用是，当离合器分离时作为分离杠杆。故它又称分离爪。分离爪与碟簧部分交接处的径向槽较宽呈长方圆形孔。这样做，一方面可以减少分离爪根部应力集中，一方面又可用来安置销钉固定膜片弹簧，分离爪根部的过渡圆角 R4.57.2 膜片弹簧的变形特性和加载方式由于膜片弹簧采用推式结构，故其正装。离合器在分离和接合时，膜片弹簧的加载情况不一样，相应的有两种加载方式和变形情况：接合时离合器接合时，膜片弹簧起压紧弹簧之用，在压盘离合器盖总成未与飞轮装合以前，膜片弹簧近似处于自由状态，如图 7.2a 所示，膜片弹簧对压盘无压紧作用。当压盘离合器盖总成与飞轮装合时，离合器盖前端面向飞轮前端面靠拢。因此，离合器盖通过支承环 4 对膜片弹簧施加载荷 P ，膜片弹簧几乎变平见图 7.2b。同时1在压盘处也作用有载荷 P 。我们把 P 称作压紧力。支承环 4 和膜片弹簧压盘接触处11