螺旋弹簧离合器设计说明书.docx
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螺旋弹簧离合器设计说明书
螺旋弹簧离合器设计说明书
机械学院
王
2010年6月
-1-
摘要
离合器装在发动机与变速器之间，汽车从启动到行驶的整个过程中，经常需要使
用离合器。
它的作用是使发动机与变速器之间能逐渐接合，从而保证汽车平稳起步；
暂时切断发动机与变速器之间的联系，以便于换档和减少换档时的冲击；当汽车紧急
制动时能起分离作用，防止变速器等传动系统过载，起到一定的保护作用。
离合器类
似开关，接合或断离动力传递作用，因此，任何形式的汽车都有离合装置，只是形式
不同而已。
其结构是否合理，性能是否与整车匹配，直接关系到汽车的操纵性、动力
性及经济性。
本论文主要研究离合器与整车的匹配性设计，具体内容做了以下几个方
面：
（1）根据设计的要求完成了汽车的总体设计，并且对汽车的结构型式和主要参
数进行了选择。
（2）对离合器的结构方案进行了分析对比，选择离合器形式。
（3）根据前面的汽车总体设计，对离合器基本尺寸、参数进行了选择。
（4）对离合器各零部件进行选型、匹配性设计和校核计算。
（5）对离合器操纵系统的设计。
通过对机械式操纵系统和液压式操纵系统特点
的分析，并选取了液压式式操纵系统，对其进行了设计和尺寸计算。
关键词：
离合器螺旋弹簧匹配
II
第1章绪论................................................................................................11.1汽车离合器的发展.............................................................................11.2汽车离合器的作用.............................................................................21.3汽车离合器的分类和结构原理...........................................................3
1.3.1汽车离合器的分类................................................................3
1.3.2汽车离合器的结构原理.........................................................4
第2章汽车总体设计.....................................................................................62.1设计要求给出的参数..........................................................................62.2汽车总质量的确定和型式选择...........................................................62.3汽车主要尺寸的确定..........................................................................72.4汽车主要性能参数的选择..................................................................8
2.4.1动力性能参数........................................................................8
2.4.2燃油经济性参数....................................................................8
2.4.3汽车最小转弯直径................................................................92.5发动机的选择.....................................................................................9
2.5.1发动机型式的选择................................................................9
2.5.2发动机主要性能指标的选择................................................102.6轮胎选择..........................................................................................122.7本章小结..........................................................................................12
第3章离合器的工作特性和结构型式的选择..............................................143.1离合器的工作特性...........................................................................14
3.1.1离合器接合过程分析及滑磨功计算....................................14
3.1.2摩擦副的摩擦磨损特性.......................................................15
3.1.3离合器的热负荷..................................................................163.2离合器型式的选择...........................................................................17
3.2.1周置弹簧离合器..................................................................17
3.2.2中央弹簧离合器..................................................................18
I
3.2.3膜片弹簧离合器..................................................................183.3本章小结........................................................18
第4章离合器基本结构尺寸和参数的选择.................................................194.1离合器转矩容量的确定....................................................................194.2基本性能关系式...............................................................................204.3摩擦片外径的确定...........................................................................214.4摩擦片后备系数的确定....................................................................234.5单位压力的确定...............................................................................244.6摩擦片的一些约束条件....................................................................25
4.6.1最大圆周速度的约束...........................................................25
4.6.2单位摩擦面积传递的转矩的约束........................................26
4.6.3每次接合的单位摩擦面积滑磨功的约束.............................264.7本章小结..........................................................................................27
第5章离合器零部件的结构选型和设计.....................................................285.1从动盘选型设计...............................................................................28
5.1.1从动片设计.........................................................................29
5.1.2摩擦片的摩擦材料..............................................................31
5.1.3从动盘毂设计......................................................................325.2压盘和离合器盖...............................................................................34
5.2.1压盘设计.............................................................................34
5.2.2离合器盖的设计..................................................................385.3离合器分离装置...............................................................................39
5.3.1分离杆设计.........................................................................39
5.3.2分离轴承及分离套筒...........................................................425.4圆柱螺旋弹簧设计...........................................................................42
5.4.1结构设计要点......................................................................42
5.4.2弹簧计算公式、材料及许用应力........................................455.5扭转减震器设计...............................................................................46
II
5.5.1扭转减振器的结构选择、功用和工作原理.........................47
5.5.2扭转减振器的主要参数及相关计算....................................49
5.5.3减振弹簧的设计..................................................................52
5.5.4目前通用的从动盘减振器的局限性....................................52
5.6本章小结..........................................................................................53第6章离合器操纵系统设计........................................................................54
6.1离合器踏板位置、行程和踏板力.....................................................54
6.5.1踏板位置.............................................................................54
6.5.2踏板行程.............................................................................54
6.5.3踏板力.................................................................................56
6.2操纵系统周边工作环境和时间因素的影响......................................57
6.3离合器操纵系统...............................................................................57
6.3.1机械式传动.........................................................................57
6.3.2液压式传动.........................................................................59
6.4助力器..............................................................................................61
6.5操纵传动的设计与计算....................................................................61
6.5.1操作系统传动比的计算.......................................................61
6.5.2液压传动各主要尺寸的确定................................................62
6.3.3油管设计要点......................................................................64
6.6本章小结..........................................................................................64结论................................................................................................................64致谢..............................................................................66参考文献.............................................................................................................65
III
1.1汽车离合器的发展
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26.53%；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MT向自动传动系过渡，采用AMT技术其产品改造较为容易，因此AMT技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-鼓式离合器代替锥形离合器，其结构形式有利于在离心力作用下
使蹄紧贴鼓面。
蹄-鼓式离合器用的摩擦元件为木块、皮革带等，蹄-鼓式离合器的重量较锥形离合器轻。
无论锥形离合器或蹄-鼓式离合器，都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。
早起设计中，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
有野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。
1
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5-6倍。
1.2汽车离合器的作用
汽车离合器是汽车传动系统中一个重要部件，主要用来接合或切断动力的传递，
以满足汽车的起步、行驶、制动等情况时的需要，汽车在启动时如果不设置离合器则
变速器中的一些齿轮及轴将会参与到工作中来，结果会造成发动机的启动负荷增加；
设置离合器后，在汽车启动时，分离离合器使变速器不参与工作，这样发动机启动负
荷减小便于启动，尤其对于一些较大功率的发动机或蓄电池存点不足的发动机而言尤
为重要。
离合器的设置还可以使换挡时减轻变速器的打齿现象。
一方面使换挡时将进入啮
合的齿轮的转速差减少，是换挡更加轻便，另一方面，让发动机逐步地承受载荷同时
通过油门的控制来加大牵引力，以克服汽车的全部载荷，使汽车平稳地进入运行状态，
这样才能保证乘坐的舒适性，另外使机件逐步参与工作，而延长使用寿命。
离合器不当能完成以上任务，它在汽车上还可以承担一个保险器的作用，用来防
止发动机及相关传动部件因承受过大负荷而损坏，当车速急剧变化时，在惯性力的作
用下，负荷将大大增加，这是已超过离合器所传递的扭矩，它便通过离合器大话的形
势对这种超负荷加以限制，保护了机件免遭损坏。
2
1.3汽车离合器的分类和结构原理
1.3.1汽车离合器的分类
摩擦式离合器结构类型较多，并且可以有多种组合。
为了表达清晰，用图1-1显示其相互关系。
图1-1汽车机械式离合器分类图
3
1.3.2汽车离合器的结构原理
全套离合器应由两部分组成：
离合器和离合器操纵
就摩擦式离合器本身而言，按其功能要求，结构上应该由下列几部分组成：
主动
件、从动件、压紧弹簧和分离杠杆。
结构原理如图1-2所示
（a）（b）
图1-2离合器结构简图
（a）接合；（b）分离
1-飞轮；2-从动盘总成；3-压盘；4-分离杆；5-分离套筒；6-离合器制动；
7-离合器踏板；
8-压紧弹簧；9-离合器盖；10-变速器第一轴（离合器输出轴）；11-分离拨叉
及操纵连接杆
离合器通常总是处于接合状态如图1-2（a）所示，当需要切断动力时，驾驶员
通过踩踏离合器操纵系统中的离合器踏板7，并经过操纵传动杆系及分离拨叉11推动分离套筒5向前，消除间隙
y，使分离杆4绕其在离合器盖9上的支点转动，克服压紧弹簧8的工作压力，压盘3向后移动，从动盘总成2和压盘3脱离接触。
离合器分离时的状态如图1-2（b）所示，此时，从动盘总成2不再输出转矩。
分离套筒向左移时，在消除间隙后，输出轴10受到制动，转速很快下降。
此种状况成为离,r
合器制动，其目的是为了容易换挡。
但这种离合器制动主要用在重型离合器上，一般
4
离合器不一定采用。
本次设计以单片干式离合器的设计为指导思想。
尽管离合器的设计已经趋于成
熟，但是为了更高的舒适性和更好的质量。
研究还应该继续向前。
希望在设计中，加
深对单片离合器的原理，结构的理解。
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2.1设计
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