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1、 I 摘 要 离合器是汽车传动系中的重要部件，主要功用是是切断和实现发动机对传动系的 动力传递，保证汽车平稳起步，保证传动系统换挡时工作平顺以及限制传动系统所承 受的最大转矩，防止传动系统过载。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。 本文主要是对轿车的膜片式弹簧离合器进行设计。根据推式膜片弹簧离合器工作 原理和使用要求，采用系统化设计方法，把离合器分为主动部分、从动部分、操纵机 构。通过对各个部
2、分设计方案的原理阐释和优缺点的比较，确定了相关部分的基本结 构及其零部件的制造材料。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D的确定， 离合器后备系数的确定，单位压力P的确定。并进行了总成设计主要为：分离装置 的设计，以及从动盘设计和膜片弹簧设计等。 关键词：离合器；膜片弹簧；从动盘；压盘；摩擦片 II ABSTRACT 全套图纸，加全套图纸，加153893706 Automobile clutch is an important part of the power train of the car ,it plays
3、 an important role. The main purpose of this design is using traditional methods to learn the basic steps, comprehending the design process, using the learned knowledge to the design process, thus a more solid grasp of the knowledge learned. This paper is a car diaphragm spring clutch design. In acc
4、ordance with the conditions of vehicles and vehicle parameters, in accordance with the clutch system design steps and requirements for the following main tasks: choosing the main design parameters are: the determination of friction plate diameter, back-up clutch coefficient determination unit to det
5、ermine the pressure. And designed primarily for the assembly: the design of separation devices , as well as the follower plate follower piece design includes the design and the design of the driven wheel disc, part of the design of the initiative, including the pressure plate, Clutch cover design, f
6、lexible drive chip design, which covered the design of the clutch is a simple design, is designed to manipulate the whole body out of the trip pedal, pedal power, with the ergonomic requirements. To reverse the shock absorber of the coil spring design. III Key words：Clutch; Diaphragm spring; Driven
7、plate; Pressure late; Friction disc 目 录 摘 要I AbstractII 第1章 绪 论1 1.1研究现状1 1.2离合器结构和工作原理1 1.3设计内容2 第2章 离合器结构的设计3 2.1 设计参数和结构要求3 2.2 摩擦片的选择3 2.3 压盘的选择方式3 2.4 压紧弹簧的选择与布置3 2.5 分离轴承的选择形式4 2.6离合器通风散热的解决措施5 2.7 本章小结6 第3章 离合器基本结构参数的计算和确定7 3.1 摩擦片内径、外径的确定7 3.2摩擦片上单位压力的确定8 3.3离合器后备系数的确定8 3.4 本章小结9 第4章 离合器从动盘总
8、成的设计10 4.1从动盘的结构10 4.2 从动盘设计10 4.2.1 从动片的选择11 4.2.2 摩擦片的材料的确定11 4.2.3 从动盘毂的设计12 4.3 减震弹簧的设计13 4.4 本章小结14 第5章 离合器膜片弹簧15 5.1 膜片弹簧的结构15 5.2 膜片弹簧的弹性变形特性15 5.3 膜片弹簧的参数尺寸确定17 5.3.1 R和R/R的选取17 5.3.2 膜片弹簧起始圆锥底角17 5.3.3分离指数目、切槽宽、窗孔槽宽、及半径17 5.3.4 H/H的比值选取17 5.3.5压盘加载点半径和支撑环加载点半径的确定18 5.4 膜片弹簧的计算18 5.5 本章小结21
9、第6章 离合器盖总成的设计22 6.1压盘尺寸的确定22 6.2压盘的传力方式的确定23 6.3 压盘和传力片的材料选择23 6.4 离合器盖的设计23 6.5 本章小结23 第7章 分离装置和操纵机构的设计25 7.1 分离套筒和分离轴承的设计25 7.2 操纵机构的机构形式25 7.3 操纵机构的设计计算25 7.4 本章小结26 结 论27 参考文献28 致 谢29 附 录30 1 第1章 绪 论 1.1研究现状 现代各类汽车上应用的最广泛的离合器是干式盘形摩擦离合器，可按从动盘数目 不同、压紧弹簧布置形式不痛、压紧弹簧结构形式不同和分离时作用力方向不同分为 很多种。按作用力方向可分为推
10、式和拉式。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，因膜片弹簧是一种对称零件，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。所以膜片弹簧离合器在技术上比较先进，经济性合理，同时其性能 良好，使用可靠性高、寿命长，结构简单紧凑，操作轻便，在保证可靠地传递发动机 最大扭矩的前提下有很
11、大的优点。 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。本次设计的目的是克服上述困难，使离合器的尺寸减小，便于安装盒布置；减小 从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好，而且具有稳定性好、操纵 方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定，操纵轻便，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。 1.2离合器结构和工作原理 离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件，主动部分与从动部分可以暂 时分离，又可逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动，通过主动
12、、从动两 部分的相互作用把发动机的动力扭矩传递给驱动系统，来实现汽车的起步、换挡的功 能。离合器的作用有三：一是保证汽车平稳起步，二是保证传动系换挡时工作平稳， 三是防止汽车传动系过载。 目前在汽车离合器中，摩擦式离合器用得最为广泛。摩擦式离合器按结构分可分 主动部分（包括飞轮、离合器盖和压盘）、从动部分（从动盘总成）、压紧机构（压 紧弹簧）和操纵机构（包括分离叉、分离轴承、分离踏板和传动部件）。在膜片弹簧 2 离合器中膜片弹簧有压紧弹簧和分离杠杆的双重作用，所以膜片弹簧离合器的结构设 计主要是包括从动盘总成、膜片弹簧和压盘总成三个部分。 (a) (b) (c) 图1.1 膜片弹簧离合器工作原
13、理示意图 a安装前位置；b安装后；c分离位置 1飞轮； 2摩擦片； 3离合器盖； 4分离轴承； 5压盘； 6膜片弹簧； 7 支撑环 膜片弹簧为碟形，其上开有若干个径向开口，形成若干个弹性杠杠。弹簧中部有 钢丝支承圈，用铆钉将其安装在离合器盖上。在离合器盖未固定到飞轮上时，膜片弹 簧处于自由状态，离合器盖与飞轮接合面间有一距离L。用螺栓将离合器盖固定到 飞轮上时，离合器盖通过后钢丝支承圈把膜片弹簧中部向前移动了一段距离。由于膜 片弹簧外端位置没有变化，所以膜片弹簧被压缩变形。膜片弹簧外缘通过压盘把从动 盘压靠在飞轮后端面上，这时离合器为接合状态。在分离离合器时，分离轴承前移， 膜片弹簧将以前钢丝
14、支承圈为支点，其外缘向后移动，在分离钩的作用下，压盘离开 从动盘后移，离合器就变为分离状态了。 1.3设计内容 本设计的目的是减小从动部分的转动惯量，保证换挡容易，使用起来效果更好， 而且具有稳定性好、操纵方便等优点。膜片弹簧离合器，它的转矩容量大且较稳定， 操纵轻便，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 是设计膜片弹簧离合器，在设计中对各种离合器类型进行分析，确定出结构方案，再 对离合器的各基本参数进行选择计算，设计出各个零件，最终设计出使用于普通轿车 的车用离合器。 3 第2章 离合器结构的设计 2.1 设计参数和结构要求 表2.1 大众速腾车型的参数 名称参数
15、 发动机最大功率及转速74Kw/6000rpm 发动机最大转矩及转速145 N.m/3800rpm 发动机排量1.6L 最高车速185km/h 2.2 摩擦片的选择 单片离合器因为结构简单，尺寸紧凑，散热良好，维修调整方便，从动部分转动 惯量小，在使用时能保证分离彻底接合平顺，所以被广泛使用于轿车和中、小型货车 ，因此该设计选择单片离合器。 2.3 压盘的选择方式 压盘在与离合器盖连接后带动摩擦片转动。压盘在工作中属于主动传动，在飞轮 和离合器盖得带动下传递扭矩。在不传递扭矩时，应能够与从动盘脱离接触，所以这 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。 压盘和飞轮的连接方式有很多种
16、，有凸块 窗孔式、传力销式、键式以及弹性传动片式等，现在一般采用弹性传动片式。在传动 过程中会有摩擦和震动。压盘应具有较大的质量，以增大热容量，减小温升，防止其 产生裂纹和破碎。同时压盘还应具有较大的刚度，使压紧力在摩擦面上的压力分布均 匀并减小受热后的翘曲变形。以免影响摩擦片的均匀压紧与离合器的彻底分离。 2.4 压紧弹簧的选择与布置 离合器压紧装置可分为周布弹簧式、中央弹簧式、斜置弹簧式、膜片弹簧式等。 其中膜片弹簧的主要特点是用一个膜片弹簧代替螺旋弹簧和分离杠杆。膜片弹簧与其 他几类相比又有以下几个优点： （1）由于膜片弹簧有理想的非线性特征,弹簧压力在摩擦片磨损范围内能保证大 4 致不
17、变，从而使离合器在使用中能保持其传递转矩的能力不变。当离合器分离时，弹 簧压力不像圆柱弹簧那样升高，而是降低，从而降低踏板力； （2）膜片弹簧兼起压紧弹簧和分离杠杆的作用，使结构简单紧凑，轴向尺寸小 ，零件数目少，质量小； （3）高速旋转时，压紧力降低很少，性能较稳定；而圆柱弹簧压紧力明显下降 ； （4）由于膜片弹簧大断面环形与压盘接触，故其压力分布均匀，摩擦片磨损均 匀，可提高使用寿命； （5）易于实现良好的通风散热，使用寿命长； （6）平衡性好； （7）有利于大批量生产，降低制造成本。 但膜片弹簧的制造工艺较复杂，对材料质量和尺寸精度要求高，其非线性特性在 生产中不易控制，开口处容易产生裂
18、纹，端部容易磨损。近年来，由于材料性能的提 高，制造工艺和设计方法的逐步完善，膜片弹簧的制造已日趋成熟。因此，我选用膜 片弹簧式离合器。 2.5 分离轴承的选择形式 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
19、式分离装置结构原理如图 2.1。它有旋转轴承，轴承罩，波形片簧如图2.1中2，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杆比。 5 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
20、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。本设计采用 自动调心分离轴承，其结构如图2.1所述。 图2.1 动调心轴承装置 1 分离轴承；2波形弹簧；3分离轴承罩；4分离套筒 2.6离合器通风散热的解决措施 离合器在工作时会产生很高的温度。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200时，摩擦
21、片的磨损速度将急剧升高。同时会降低压盘的传力特 性。在更高的使用条件下，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
22、口和出口等所谓通风窗，在离合器壳内装设冷却气流的导罩，以 6 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，一般不小于10mm。 2.7 本章小结 根据任务书中给定的车型，对离合器的结构进行了布置。包括对摩擦片、压紧弹簧、 压盘、分离轴承和通风散热结构的设计。 7 第3章 离合器基本结构参数的计算和确定 3.1 摩擦片内径、外径的确定 摩擦片外径D（mm）也可以根据发动机最大转矩（N.m）按如下经验公式选 用 maxeD TKD （3.1） 式中：直径系数，取值范围见表3.1。 表3.1 直
23、径系数的取值范围 D K 车 型直径系数 D K 乘用车14.6 16.018.5(单片离合器) 最大总质量为1.814.0t的商用车 13.515.0(双片离合器) 最大总质量大于14.0t的商用车22.524.0 由选车型得= 1451.5=217.5Nm， =14.6。 则将各参数值代入式后计算得 D=215.3mm。 根据离合器摩擦片的标准化，系列化原则，根据下表3.2。 表3.2 离合器摩擦片尺寸系列和参数（即GB145774） 外径D/mm160180200225250280300325350 内径d/mm110125140150155165175190195 厚度h/3.23.5
24、3.53.53.53.53.53.54 8 =d/D C 0.6870.6940.7000.6670.5890.5830.5850.5570.540 1 3 C 0.6760.6670.6570.7030.7620.7960.8020.8000.827 单位面积F/ 3 cm106132160221302402466546678 应取：摩擦片相关标准尺寸： 外径D=225mm 内径d=150mm 厚度h=3.5mm 内径与外径比值C=0.667 1 =0.703。 3 C 3.2摩擦片上单位压力的确定 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
25、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=225mm内径d=150mm，厚度h= 3.5mm，内径与外径比值C=0.6670 。又初选=1.5运用公式（3.2）可以校核单位压力P： T=PD (1) (3.2) maxe 12 c Z 3 3 3 D d 式中：Z 单片离合器取2； C 摩擦系数，可取=0.26。 代入相关数
26、据则得：P=0.206MP 。 3.3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 。 表3.3 离合器后备系数的取值范围 车 型后备系数 9 乘用车及最大总质量小于6t的商用车1.201.75 最大总质量为614t的商用车1.502.25 挂车1.804.00 结合设计实际情况，故选择=1.5。 3.4 本章小结 本章的设计对于离
27、合器的最终设计是非常重要的，根据给定车型的扭矩、功率，通过 经验公式计算出摩擦片的内外径。根据车型的不同选择出适合本车型的后备系数 。 最后通过摩擦片的尺寸和后背系数计算出摩擦片的单位压力，确定单位压力是否在许 用范围内。经过计算单位压力在许用范围内。 10 第4章 离合器从动盘总成的设计 4.1从动盘的结构 从动盘是离合器工作中的重要部件，它位于两片摩擦片之间。用于改善汽车行使 的舒适性,并使汽车平稳起步。图4.1说明了离合器从动盘的结构，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1，10分别用铆钉铆在波形弹簧片上，而后者又和从动片铆在一起 。从动片3用限位
28、销5和减振盘9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3和减振盘9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6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8，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，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4。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。 11 图4.1 带扭转减振器的从动盘 1，10摩擦片；2波形弹簧片；3从动盘钢片；4摩擦阻尼片； 5铆钉；6从动盘毂；7调整垫片；8减震弹簧；9减震盘； 4.2 从动盘设计 从